中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著中國(guó)電動(dòng)汽車銷量的大幅增長(zhǎng)，有預(yù)測(cè)報(bào)告稱，鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)正進(jìn)入黃金期，到2017年，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將暴增至目前的400%。如此跨越式的規(guī)模增長(zhǎng)之下，電池的質(zhì)量成了不可回避的技術(shù)難點(diǎn)。
電動(dòng)汽車的瓶頸在于電池，只有電池動(dòng)力問題解決了，其他問題才能迎刃而解。業(yè)內(nèi)人士指出，目前宣傳的8年質(zhì)保，其實(shí)并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)。汽車動(dòng)力電池在生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)工藝的差異，電池組內(nèi)的電池單體性能也存在些許差別。隨著時(shí)間地推移，電池組內(nèi)的單體差異會(huì)逐步擴(kuò)大，最終會(huì)影響電池的性能，造成電池性能的快速衰減，由此可見電池的使用壽命對(duì)提高電動(dòng)車的使用率有著至關(guān)重要的作用。
王武生教授作為華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授，國(guó)家汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)車身分標(biāo)委員會(huì)委員一直對(duì)電池的使用壽命有著深入的研究，為了更加了解電池的壽命延長(zhǎng)技術(shù)，緩解電動(dòng)車行業(yè)面對(duì)的瓶頸問題，我們特地邀請(qǐng)了王武生教授為我們進(jìn)行專業(yè)的解答。
記者：王教授您好，請(qǐng)問是什么樣的契機(jī)和理由讓您開始組建一批強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，對(duì)電池壽命問題進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)深入的研究呢?
王武生：電池的壽命決定新能源汽車行業(yè)的成敗——消費(fèi)者購買新能源汽車一方面是為了環(huán)保，另一方面是為了節(jié)省燃油費(fèi)。但現(xiàn)在動(dòng)力電池的平均使用壽命僅三年左右，三年后就面臨著更換的問題。雖然消費(fèi)者購買了新能源汽車每年可以節(jié)省三千左右的油費(fèi)，但卻要支付每年二萬左右的更換電池的折舊費(fèi)。根據(jù)我們的消費(fèi)調(diào)查顯示，幾乎99.9%的消費(fèi)者是不能接受的。這就意味著，如果我們不能延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命，整個(gè)新能源汽車行業(yè)將陷入毀滅。
記者：你的發(fā)明能將電池的壽命延長(zhǎng)到十年以上與汽油車相當(dāng)嗎?
王武生：如果按照我的發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)可以做到十年以上。
記者：你的發(fā)明與銀隆公司、華為、比亞迪等公司的技術(shù)相比有什么區(qū)別嗎?
王武生：我認(rèn)為以上這些公司的材料都可以使動(dòng)力電池達(dá)到十年以上的壽命。無論是銀隆的鈦酸鋰、華為的石墨烯，還是比亞迪的磷酸鐵鋰。我們以比亞迪的磷酸鐵鋰材料為例：據(jù)他們官方公布數(shù)據(jù)顯示，他們的電池可以達(dá)到五千次反復(fù)充放電，以每次200公里為例，可以累計(jì)到一百萬公里，這個(gè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了汽油車的壽命，事實(shí)上一般家用車的平均總行程不過十五萬公里左右。
記者：那為什么電動(dòng)汽車的平均壽命只有三年左右呢?
王武生：這就是問題的關(guān)鍵!也是我今天要談的主要問題。
記者：那請(qǐng)問你是采用什么樣的新電極材料呢?是和銀隆一樣的鈦酸鋰還是其他的新的電極材料?還是發(fā)明了新的電解質(zhì)配方。
王武生：我沒有發(fā)明新的電極材料，也沒有采用什么新的電解質(zhì)配方。
記者：都沒有，那你如何把壽命延長(zhǎng)到十年以上呢?
王武生：其實(shí)這應(yīng)該算一個(gè)傳奇吧!我舉一個(gè)例子大家可能更好理解：如果一個(gè)地方發(fā)生了地震，材料學(xué)家和建筑學(xué)家都去考察房屋倒塌的原因，希望在下次修建房屋時(shí)更加堅(jiān)固。但他們得到的結(jié)論是不一樣的：材料學(xué)家將來會(huì)開發(fā)出更加堅(jiān)固的材料，這就是銀隆、比亞迪、華為做的事，但這非常困難，因?yàn)殚_發(fā)一種新材料過程非常漫長(zhǎng)，投入非常大，關(guān)鍵是你是否能經(jīng)受得住下次地震的考驗(yàn)，特別是新材料的壽命、價(jià)格等都需要長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)，而建筑學(xué)家則不一樣，他們會(huì)在地震的現(xiàn)場(chǎng)尋找那些沒有垮塌的房屋，或者相對(duì)受損害較小的房屋，和那些破壞嚴(yán)重的房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，從構(gòu)造上面尋求突破口，在下次設(shè)計(jì)時(shí)采用這種結(jié)構(gòu)，即使采用同樣的材料但房屋會(huì)更加堅(jiān)固。
十年前很多朋友希望我去研究新電極材料，我拒絕了!因?yàn)槲覜]有這么多的經(jīng)費(fèi)，也沒有這么強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)條件，也沒有這么專業(yè)的能力。
記者：那你現(xiàn)在為什么又去研究，并且還取得了這么大的成果呢?
王武生：我剛才已經(jīng)說過：這是一個(gè)傳奇!我在做電池回收的過程中發(fā)現(xiàn)：有的電池特別容易回收，也就是電極材料與集流體特別容易分離，特別是一些知名品牌的電池。但是，有一些電池特別是一些山寨電池特別難分離，有一種山寨電池我花了七年時(shí)間才終于分離。有一天我想到了地震，突然來了靈感：在地震中越不容易倒塌的房屋，反過來是不是越安全，使用壽命越長(zhǎng)!同樣：越不容易拆解的電池是不是使用壽命就越長(zhǎng)。我覺得我已經(jīng)找到了延長(zhǎng)電池壽命的秘密!
記者：那你找到的秘密到底是什么呢?
王武生：脫粉!什么是脫粉呢?以手機(jī)電池為例：以前沒有充電寶時(shí)，我們通常使用兩塊電池?fù)Q著用。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)電池中間鼓起來后，就是常說的“鼓包”后基本上就不能用了。為什么“鼓包”?其真正的原因是因?yàn)槠渲械碾姌O材料與集流體分離，就是所謂的脫粉，逐步向電池的中間堆積造成的，因?yàn)殡姵氐闹虚g機(jī)械強(qiáng)度最弱。
記者：只要解決了脫粉實(shí)際上就等于解決了電池的壽命問題?
王武生：是的。因?yàn)槊摲劬秃帽纫粋€(gè)100人的生產(chǎn)流水線，大部分的操作工人都離開了生產(chǎn)流水線崗位，雖然人還在車間但是沒有干活，產(chǎn)量自然就下降了。
記者：人們常說，動(dòng)力電池的容量低于初始容量的80%后，電池的壽命就宣告結(jié)束了。那么請(qǐng)問王教授，動(dòng)力電池的壽命到底有多長(zhǎng)呢?得出這種結(jié)論的依據(jù)又何在呢?
王武生：事實(shí)上，根據(jù)我們的研究，得出的結(jié)論是：動(dòng)力電池的使用壽命至少有十年以上。為什么這么說呢，根據(jù)美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查，現(xiàn)在已經(jīng)在密西根州找到了一部使用了十一年，現(xiàn)在仍然在使用的純電動(dòng)汽車。另外，我們不妨做個(gè)假設(shè)，如果你有一部手機(jī)或電腦已經(jīng)有十年以上，現(xiàn)在一定仍然可以使用。雖然十年后仍然可以使用，但由于工作時(shí)間的縮短，已經(jīng)沒有實(shí)際價(jià)值!如原來可以使用五天的手機(jī)現(xiàn)在只能使用四個(gè)小時(shí)，但四個(gè)小時(shí)甚至于哪怕只有一分鐘一秒鐘，告訴我們一個(gè)事實(shí)：鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)仍然在進(jìn)行!
電動(dòng)汽車也一樣，當(dāng)每次充電后的使用距離從原來的三百公里降低為四十公里后，你就不會(huì)再用了，但四十公里仍然在工作，只是行程短了而已!那四十公里是誰在工作呢?還是原來的電極材料、還是原來的電解質(zhì)、還是原來的集流體!之所以行程縮短是因?yàn)槠渲谐四撬氖镆詢?nèi)的電極材料在工作外，其余的電極材料都沒有工作，那為什么沒有工作呢?因?yàn)樗麄冸x開了原來的工作崗位——脫粉!
記者：你認(rèn)為只要解決了脫粉，不讓那些電極材料離開工作崗位就能延長(zhǎng)電池的使用壽命?
王武生：對(duì)!由于現(xiàn)在的鋰離子電池在使用過程中不斷地充放電，引起熱脹冷縮，同時(shí)由于汽車不斷地運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致電極材料與集流體的分離。分離后的電極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的有效表面積變少，內(nèi)電阻增大，從而電池貯存的電量變少，縮短了有效使用壽命。
記者：你的意思是只要解決了脫粉問題，現(xiàn)在的電極材料也能達(dá)到十年的使用壽命?如果不解決脫粉技術(shù)難題，即使有華為的石墨烯、銀隆的鈦酸鋰也無法延長(zhǎng)壽命?
王武生：可以這么理解!這就好比人的壽命，現(xiàn)在人的平均壽命只有七十歲左右，但世界上最長(zhǎng)壽命是英國(guó)的一位老頭達(dá)到了143歲。但一般人為什么活不到一百歲呢?這是由兩個(gè)原因造成的：一是基因就是所謂的遺傳，這是內(nèi)在因素;另一個(gè)是你的生活方式、生活環(huán)境等外部因素。銀隆公司、華為、比亞迪這些公司就是改變基因提高壽命，但是僅有好的基因是不夠的，還必須有一個(gè)好的外部環(huán)境。如烏龜可以活一千年，但活到三年時(shí)你把烏龜殺了吃了，烏龜也活不到該活的壽命。本來電池的使用壽命可以達(dá)到十年以上，但由于脫粉，導(dǎo)致工作效率下降，縮短了使用壽命。反過來說：如果不改變基因，再好的生活環(huán)境我也無法使人的壽命活到烏龜那么長(zhǎng)!因?yàn)殡姵乇旧硎怯兴p的!
記者：我們知道，王教授您和您的團(tuán)隊(duì)對(duì)延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，您是否能為我們介紹下動(dòng)力電池使用壽命延長(zhǎng)的核心技術(shù)呢?以及這種技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)所在?
王武生：我的研究方向不是去尋求新的電極材料，也不是去研究新的電解質(zhì)配方。我們只需要做一個(gè)事：讓那些因?yàn)槊摲鄱Ｖ沟牟糠謽O板上的電化學(xué)反應(yīng)仍然繼續(xù)!我們的核心技術(shù)在于，通過對(duì)電極材料進(jìn)行表面改性處理，有效地防止了電極材料與集流體脫離，保證了電極表面的電化學(xué)反應(yīng)的有效面積不會(huì)由于時(shí)間的延長(zhǎng)而變小，從而保證了電池的儲(chǔ)存電量，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
我們核心技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于，它可將現(xiàn)有的鋰離子電池使用壽命延長(zhǎng)一倍以上，與現(xiàn)在汽油車壽命相當(dāng)，并且不對(duì)現(xiàn)在的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝進(jìn)行任何的改進(jìn)，更重要的是生產(chǎn)成本僅增加：千分之一!
記者：你認(rèn)為什么是最好的方案呢?
王武生：當(dāng)然是兩者結(jié)合，好的基因生活到健康的環(huán)境里——優(yōu)質(zhì)的電極材料與防止脫粉的技術(shù)的結(jié)合!
記者：從您的介紹中，我們發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)對(duì)解決目前市場(chǎng)上動(dòng)力電池使用壽命短的問題具有里程碑的作用，那么除了新能源汽車行業(yè)，我們的動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)還服務(wù)哪些行業(yè)呢?
王武生：我們的客戶對(duì)象包括新能源汽車主機(jī)廠、手機(jī)生產(chǎn)企業(yè)以及筆記本電腦生產(chǎn)企業(yè)，可以說動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍還是非常廣泛的。
記者：您對(duì)動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模有何展望呢?
王武生：我對(duì)我們的團(tuán)隊(duì)以及動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)充滿信心，相信十年以后動(dòng)力電池壽命延長(zhǎng)技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1000億以上完全不是夢(mèng)想!!
▲上圖為王武生教授正在觀察極板表面的材料結(jié)構(gòu)
我國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，當(dāng)前使用環(huán)保的電動(dòng)汽車也逐漸被大眾所接受，但電動(dòng)汽車核心部件“動(dòng)力電池”價(jià)格不菲，因此動(dòng)力電池的壽命也就成為了廣大電動(dòng)汽車車主最關(guān)心的問題之一。希望王武生教授的這項(xiàng)發(fā)明，能真正早日投入使用，也希望更多的像王武生教授這樣的科研人才能關(guān)注動(dòng)力電池，這樣才能更好的推進(jìn)我國(guó)的新能源汽車行業(yè)邁向跨越式的健康發(fā)展。
連線人物：
王武生，華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授;2005年《汽車制造與修理》教授級(jí)高級(jí)工程師;國(guó)家汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)車身分標(biāo)委員會(huì)委員;上海奇謀能源技術(shù)有限公司總經(jīng)理;上海市第四屆創(chuàng)造發(fā)明獎(jiǎng);松江區(qū)第二屆拔尖人才;上海市領(lǐng)軍后備人才;上海市松江區(qū)市民最喜愛的“我們松江人”獲獎(jiǎng)人。
王武生在長(zhǎng)期的創(chuàng)造過程中取得了豐富的科技創(chuàng)新成果，共取得了幾百項(xiàng)發(fā)明，獲得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的四十多項(xiàng)發(fā)明專利證書和四項(xiàng)美國(guó)專利。其中，發(fā)明的《WFY-1汽車碰撞模擬臺(tái)車》，改變了利用線性變量疊加合成非線性曲線的傳統(tǒng)方式，采用直接利用金屬管的變形吸能的原理，實(shí)現(xiàn)了波形再現(xiàn)，真正實(shí)現(xiàn)了自主開發(fā)， 打破了德國(guó)、美國(guó)在此技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，被中國(guó)汽車認(rèn)證中心、國(guó)家汽車監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海)等采用，列為上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，獲上海市第四屆創(chuàng)造發(fā)明專利三等獎(jiǎng)?！断藓深A(yù)緊式安全帶》的發(fā)明，打破了美國(guó)專利技術(shù)壟斷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，它采用限力式安全帶大幅度提高了乘員的安全性，被中國(guó)奇瑞汽車公司、江淮汽車公司等采用，被列為上海專利二次開發(fā)項(xiàng)目。作為全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)會(huì)員，參與了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，如《汽車安全帶標(biāo)準(zhǔn)》、《汽車安全氣囊標(biāo)準(zhǔn)》并且主持起草《車輛前下部防護(hù)裝置》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是上海市第一次自主負(fù)責(zé)起草和制定的汽車行業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)高原戰(zhàn)士缺氧及部分邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型醫(yī)院缺少醫(yī)用氧氣的狀況，開發(fā)了《家庭實(shí)用、車用小型電解制氧機(jī)》，獲得第十屆全國(guó)發(fā)明銀獎(jiǎng)，據(jù)此發(fā)明制造的產(chǎn)品獲第十屆全國(guó)發(fā)明新技術(shù)產(chǎn)品金獎(jiǎng)?！栋踩珟Ьo急鎖止試驗(yàn)臺(tái)》試驗(yàn)裝置原來一直依賴進(jìn)口，每臺(tái)進(jìn)口需19萬馬克，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)，該產(chǎn)品完全達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的性能，操作更為簡(jiǎn)單，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，價(jià)格僅需人民幣20萬元，已被中國(guó)汽車產(chǎn)品認(rèn)證、解放軍總裝備部定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)、602直升機(jī)研究所采用。 除了在發(fā)明中取得了豐富的成果外還發(fā)表論文十多篇，其中在國(guó)家一級(jí)期刊共發(fā)表了具有創(chuàng)新理念和獨(dú)特見解的論文6篇。
為了展現(xiàn)當(dāng)今在各行業(yè)、各領(lǐng)域取得卓越科技創(chuàng)新成績(jī)的企業(yè)及人物的風(fēng)采，進(jìn)一步營(yíng)造技術(shù)創(chuàng)新良好環(huán)境，培育科學(xué)精神和創(chuàng)新文化，增強(qiáng)我國(guó)企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)我國(guó)企業(yè)科技創(chuàng)新工作不斷向更高層次發(fā)展，中國(guó)科技新領(lǐng)軍者欄目組決定舉辦《中國(guó)科技新領(lǐng)軍者展播》系列活動(dòng)，其宗旨是：尋找科技標(biāo)桿，引領(lǐng)榜樣價(jià)值;提高創(chuàng)新能力，聚焦科技新領(lǐng)軍者;交流產(chǎn)品心得，提供創(chuàng)業(yè)分享;發(fā)布科技報(bào)告，打造中國(guó)世界品牌。
