當(dāng)你談到電動(dòng)車電池，是否想起特斯拉？事實(shí)上，有一種動(dòng)力型鋰電池，世界上制造及應(yīng)用的第一大國(guó)正是中國(guó)。

經(jīng)過(guò)15年產(chǎn)學(xué)研合作，滬上科研團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池技術(shù)不斷完善，這種動(dòng)力電池已在電動(dòng)大巴、電動(dòng)物流車、乘用車上得到廣泛應(yīng)用，以磷酸鐵鋰為動(dòng)力的電動(dòng)大巴還出口美國(guó)、日本、英國(guó)以及歐洲和大洋洲國(guó)家，使中國(guó)成為磷酸鐵鋰電池制造及應(yīng)用頭號(hào)大國(guó)。

今天（8日）上午，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬紫峰教授團(tuán)隊(duì)與比亞迪等單位合作，完成“磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制造及其應(yīng)用過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，榮獲2018年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車

新能源汽車、太陽(yáng)能、風(fēng)能并網(wǎng)調(diào)頻儲(chǔ)能電站、移動(dòng)通訊基站、電動(dòng)物流車……在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中，動(dòng)力電池扮演著舉足輕重的角色。

自從普蘭特發(fā)明鉛酸電池以來(lái)，動(dòng)力電池已經(jīng)歷160年發(fā)展歷程。其實(shí)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是以鉛酸電池為動(dòng)力的電動(dòng)車，但因其能量密度低、續(xù)航里程太短，很快被內(nèi)燃機(jī)汽車超越。進(jìn)入21世紀(jì)，動(dòng)力電池風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，以此發(fā)展綠色環(huán)保的新能源車成為汽車工業(yè)技術(shù)變革的熱點(diǎn)。

車子用什么電池好呢？眾所周知，鋰電池因其能量密度高、攜帶輕便，已成功用于手機(jī)和筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品。進(jìn)而，動(dòng)力型的鋰電池研發(fā)也成為研究前沿。目前，鋰電池最基礎(chǔ)的正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等類型。其中，磷酸鐵鋰具有高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命和容量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可利用豐富低廉的鐵、磷資源，無(wú)需鈷、鎳等有色金屬，是國(guó)際公認(rèn)的可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力鋰電池正極材料。

然而，要實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰大規(guī)模應(yīng)用，必須先建立噸級(jí)生產(chǎn)能力的制造工藝與裝備。上海交大馬紫峰等人分析了諸多知名國(guó)際企業(yè)合成工藝，發(fā)現(xiàn)這些反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生CO、氨氣等有害氣體，而且燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、能耗大。為降低生產(chǎn)成本，減少過(guò)程污染，團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)磷酸鋰鐵合成新反應(yīng)，制備出新結(jié)構(gòu)的正極材料。

2004年時(shí)，馬紫峰團(tuán)隊(duì)攜磷酸鐵鋰合成新方法，與浙江橫店?yáng)|磁合作，開(kāi)發(fā)正極材料。項(xiàng)目在2006年浙江省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目資助下，建成了300噸/年全流程合成的中試線，并與上海德朗能電池公司合作開(kāi)發(fā)出電動(dòng)車用的磷酸鐵鋰電池，為大規(guī)模生產(chǎn)線建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

時(shí)隔三年，馬紫峰作為首席科學(xué)家，主持國(guó)家973計(jì)劃“電動(dòng)汽車用低成本、高密度蓄電體系基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究”項(xiàng)目，為磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入新的活力。通過(guò)973計(jì)劃項(xiàng)目，上海交大聯(lián)合清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和廈門大學(xué)等單位，與比亞迪等企業(yè)開(kāi)展磷酸鐵鋰材料及其應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)。作為系統(tǒng)性的項(xiàng)目，他們不僅提供優(yōu)異的正極材料，還對(duì)電池材料的化學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化，找到合適的負(fù)極材料和電解質(zhì)等。經(jīng)過(guò)持續(xù)的校企、校地合作，一顆顆性能優(yōu)異的動(dòng)力電池被研制出來(lái)，走下各地廠商流水線，進(jìn)入整車等應(yīng)用終端。

15年“產(chǎn)學(xué)研”之路，長(zhǎng)三角“好兄弟”一起走

磷酸鐵鋰電池成功商用，不可能停留在實(shí)驗(yàn)室。2004年以來(lái)，馬紫峰團(tuán)隊(duì)在國(guó)家973計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目連續(xù)支持下，聯(lián)合比亞迪、中聚電池、江蘇樂(lè)能、中興派能等企業(yè)，構(gòu)建起具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池技術(shù)體系，才在新能源汽車和儲(chǔ)能工程系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

在這條長(zhǎng)達(dá)15年的“產(chǎn)學(xué)研”之路上，來(lái)自長(zhǎng)三角的“好兄弟”一起攜手走完。進(jìn)入新世紀(jì)的第一個(gè)十年，為拓展磷酸鐵鋰應(yīng)用領(lǐng)域，馬紫峰團(tuán)隊(duì)與比亞迪合作，獲得上海市科委重大科技專項(xiàng)，開(kāi)展磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)低成本化的關(guān)鍵技術(shù)研究，使磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域從新能源汽車向智能電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)拓展。

2012年，在上海科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)會(huì)“助推計(jì)劃”資助下，上海交大將馬紫峰等人發(fā)明的磷酸鐵鋰合成新技術(shù)專利整體轉(zhuǎn)讓，組建了中聚電池研究院，開(kāi)展磷酸鐵鋰電池技術(shù)大規(guī)模推廣，先后授權(quán)許可給多家企業(yè)實(shí)施，并發(fā)展出一批新的專利技術(shù)。

2014年，在江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資助下，由馬紫峰擔(dān)任首席專家，在江蘇樂(lè)能建成25600噸/年的納米磷酸鐵鋰生產(chǎn)線，產(chǎn)品應(yīng)用于比亞迪、寧德時(shí)代等眾多知名電池企業(yè)。團(tuán)隊(duì)連續(xù)獲得江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資助，與江蘇中興派能合作開(kāi)展低溫高倍率的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊基站。

2016年，為表彰其在江蘇實(shí)施“產(chǎn)學(xué)研”業(yè)績(jī)，馬紫峰教授被江蘇省委組織部授予“江蘇省雙創(chuàng)人才”，并與團(tuán)隊(duì)成員廖小珍、何雨石一起先后入選揚(yáng)州市“綠楊金鳳計(jì)劃”。

有意思的是，科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化，同樣反過(guò)來(lái)促進(jìn)學(xué)術(shù)研究本身。電池的電量多少，可以用電池荷電狀態(tài)（SOC）來(lái)描述。馬教授團(tuán)隊(duì)與比亞迪合作開(kāi)發(fā)了基于滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化的SOC估計(jì)模型，與國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)相比，對(duì)電池健康狀態(tài)的估計(jì)精度共提高了約7個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)一步達(dá)到99%。相關(guān)理論成果發(fā)表在《美國(guó)化工學(xué)會(huì)會(huì)志》、《化學(xué)工程科學(xué)》等權(quán)威期刊上。

馬紫峰預(yù)計(jì)，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策不斷完善、更為科學(xué)化，可以預(yù)見(jiàn)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在電動(dòng)大巴、大型交通物流工具以及大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中將長(zhǎng)期發(fā)揮作用，造福于全人類。