新能源汽車、太陽能、風能并網調頻儲能電站、移動通訊基站、電動物流車……在新能源產業發展浪潮中，動力電池發揮著舉足輕重的角色。中國已經成為磷酸鐵鋰電池制造及應用世界第一大國。

在剛剛舉行的2018年度國(guo)(guo)家(jia)科(ke)學(xue)技術(shu)獎(jiang)勵大會上(shang)，由上(shang)海(hai)交(jiao)大化學(xue)化工學(xue)院(yuan)馬紫峰(feng)教授團隊比(bi)亞迪(di)等單位合作完成的“磷酸鐵鋰動力電池制造及其(qi)應(ying)用過(guo)程關鍵技術(shu)”榮獲(huo)2018年國(guo)(guo)家(jia)科(ke)技進步二等獎(jiang)。

鋰電池由于其能量密度高、攜帶輕便，已成功應用于手機和筆記本電腦等消費品電子產品。隨著新能源汽車、可再生能源和智能電網等新興產業發展，高安全、長壽命、高容量和低成本的動力鋰電池研發成為研究前沿。

正極材(cai)料(liao)是(shi)電池(chi)發展的(de)(de)(de)基礎，鋰(li)電池(chi)正極材(cai)料(liao)主要有錳酸(suan)(suan)鋰(li)、磷(lin)酸(suan)(suan)鐵鋰(li)和三元材(cai)料(liao)等類型。其中，磷(lin)酸(suan)(suan)鐵鋰(li)具(ju)有高(gao)安全性、長循環(huan)壽命和容量穩(wen)定等優點(dian)，且可利用豐富低廉的(de)(de)(de)鐵、磷(lin)資源，無需鈷、鎳等有色金屬，是(shi)國際(ji)公認的(de)(de)(de)可一類持(chi)續發展的(de)(de)(de)動力鋰(li)電池(chi)正極材(cai)料(liao)。

但是磷(lin)酸(suan)(suan)鐵(tie)鋰(li)要實現(xian)大規模應用，必須建立噸(dun)級(ji)生產(chan)能力的(de)制造工(gong)藝與裝備。馬紫峰團隊(dui)提出(chu)了一個磷(lin)酸(suan)(suan)鋰(li)鐵(tie)合成新反應，制備出(chu)了新結構正極(ji)材料(liao)。2004年，馬紫峰教授團隊(dui)攜(xie)帶著磷(lin)酸(suan)(suan)鐵(tie)鋰(li)合成新方法，與浙(zhe)江橫店東(dong)磁合作，開發(fa)磷(lin)酸(suan)(suan)鐵(tie)鋰(li)正極(ji)材料(liao)。

2007年，馬紫峰作為首席(xi)科(ke)(ke)學(xue)家，主持(chi)國家973計(ji)劃“電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車用低(di)成本(ben)、高(gao)密度蓄電(dian)(dian)(dian)體系(xi)(xi)基(ji)礎科(ke)(ke)學(xue)問(wen)題研(yan)究”項(xiang)目，為磷酸鐵鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池的產(chan)業化發展注(zhu)入新的活(huo)力。2010年，為拓(tuo)(tuo)展磷酸鐵鋰(li)應用領(ling)域(yu)(yu)，馬紫峰團隊(dui)與比亞迪合作，獲得上海(hai)市科(ke)(ke)委重大科(ke)(ke)技(ji)專項(xiang)，開展磷酸鐵鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池儲能(neng)系(xi)(xi)統(tong)低(di)成本(ben)化關鍵技(ji)術研(yan)究，使(shi)磷酸鐵鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池的應用領(ling)域(yu)(yu)從新能(neng)源(yuan)汽(qi)車向智能(neng)電(dian)(dian)(dian)網(wang)儲能(neng)系(xi)(xi)統(tong)拓(tuo)(tuo)展。

交大(da)的(de)這項研究成(cheng)(cheng)果在材(cai)料合成(cheng)(cheng)理論、工藝(yi)與電(dian)池設計方面(mian)均(jun)有重要創新，在磷酸(suan)鐵鋰材(cai)料合成(cheng)(cheng)反(fan)應及材(cai)料納米化方面(mian)的(de)研究成(cheng)(cheng)果處于國(guo)際(ji)(ji)先進水平，所提出的(de)單質鐵原子(zi)經濟性磷酸(suan)鐵鋰合成(cheng)(cheng)反(fan)應為國(guo)際(ji)(ji)首(shou)創。

攻(gong)克技術難題，優化產品性能

要制造一顆性能優(you)(you)異(yi)的動力電(dian)池(chi)(chi)，不僅(jin)需要有(you)優(you)(you)異(yi)的正(zheng)極(ji)材料(liao)，還需要對電(dian)池(chi)(chi)材料(liao)的化(hua)學體系進行優(you)(you)化(hua)，尋(xun)找合適的負極(ji)材料(liao)和電(dian)解質。另外，動力電(dian)池(chi)(chi)制造過(guo)程(cheng)工(gong)藝對于改善電(dian)池(chi)(chi)性能也十分重要。

馬紫峰(feng)團(tuan)隊發明了(le)(le)(le)一(yi)種(zhong)涂液的(de)配置及(ji)(ji)其涂敷的(de)方(fang)法，提出了(le)(le)(le)相(xiang)應工藝(yi)，優化了(le)(le)(le)技術參數(shu)，形成一(yi)種(zhong)超高倍(bei)率(lv)、超長循環壽命納米磷(lin)酸鐵鋰動(dong)力電池(chi)及(ji)(ji)其制(zhi)造新方(fang)法，并解決了(le)(le)(le)磷(lin)酸鐵鋰電池(chi)低溫(wen)冷啟動(dong)和(he)高倍(bei)率(lv)問題。

電(dian)池(chi)(chi)管(guan)理系統設計是電(dian)池(chi)(chi)成組(zu)應用(yong)到(dao)電(dian)動(dong)汽車(che)與儲能(neng)中十分重要環節(jie)。動(dong)力電(dian)池(chi)(chi)系統還(huan)有多(duo)少(shao)電(dian)量，直接影響到(dao)汽車(che)的續航里程(cheng)。

電(dian)池的電(dian)量多少(shao)可以(yi)用電(dian)池荷電(dian)狀(zhuang)(zhuang)態（SOC）來(lai)描述，SOC是一個(ge)復雜動態變化(hua)過程(cheng)，與(yu)電(dian)池系統工作溫(wen)度、充(chong)電(dian)與(yu)放電(dian)速度密切相(xiang)關。團隊基于電(dian)池反(fan)應/傳遞機理及運行特性分析，開(kai)發相(xiang)關技術，建(jian)立了(le)新的SOC估計模型。與(yu)國(guo)際(ji)先進(jin)指標(biao)相(xiang)比，該模型對電(dian)池健康狀(zhuang)(zhuang)態的估計精度提高了(le)約(yue)5個(ge)百分點(dian)，達到(dao)97%。

另外，團隊還與比亞迪合作(zuo)開發了基于滾動(dong)時域優化的SOC估(gu)計模型，將SOC估(gu)計精(jing)度進一步提高到99%。

經過十五年(nian)的產學研合(he)作(zuo)，磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)動(dong)力電池技術不斷完善，磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)動(dong)力電池已在電動(dong)大巴、電動(dong)物流車、乘用車上(shang)得到(dao)廣泛應用，以磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)為動(dong)力的電動(dong)大巴還(huan)出(chu)口到(dao)美國(guo)(guo)、日本(ben)、英國(guo)(guo)、歐洲(zhou)和(he)大洋洲(zhou)。