鉅大LARGE | 點擊量：873次 | 2021年11月22日
訪動力鋰電池使用壽命延長技術新領軍者王武生
隨著我國電動汽車銷量的大幅上升，有預測報告稱，鋰離子動力鋰離子電池市場正進入黃金期，到2017年，動力鋰離子電池產業規模將暴增至目前的400%。如此跨越式的規模上升之下，電池的質量成了不可回避的技術難點。
電動汽車的瓶頸在于電池，只有電池動力問題解決了，其他問題才能迎刃而解。業內人士指出，目前宣傳的8年質保，其實并不一定能夠實現。汽車動力鋰離子電池在生產過程中由于生產工藝的差異，電池組內的電池單體性能也存在些許差別。隨著時間地推移，電池組內的單體差異會逐步擴大，最終會影響電池的性能，造成電池性能的快速衰減，由此可見電池的使用壽命對提高電動汽車的使用率有著至關重要的用途。
王武生教授作為華東理工大學機械與動力工程學院教授，國家汽車標準委員會車身分標委員會委員一直對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技術，緩解電動汽車行業面對的瓶頸問題，我們特地邀請了王武生教授為我們進行專業的解答。
記者：王教授您好，請問是什么樣的契機和理由讓您開始組建一批強大的技術團隊，對電池壽命問題進行長遠深入的研究呢?
王武生：電池的壽命決定新能源汽車行業的成敗——消費者購買新能源汽車一方面是為了環保，另一方面是為了節省燃油費。但現在動力鋰離子電池的平均使用壽命僅三年左右，三年后就面對著更換的問題。雖然消費者購買了新能源汽車每年可以節省三千左右的油費，但卻要支付每年二萬左右的更換電池的折舊費。根據我們的消費調查顯示，幾乎99.9%的消費者是不能接受的。這就意味著，假如我們不能延長動力鋰離子電池的使用壽命，整個新能源汽車行業將陷入毀滅。
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記者：你的發明能將電池的壽命延長到十年以上與汽油車相當嗎?
王武生：假如按照我的發明技術生產可以做到十年以上。
記者：你的發明與銀隆公司、華為、比亞迪等公司的技術相比有什么差別嗎?
王武生：我認為以上這些公司的材料都可以使動力鋰離子電池達到十年以上的壽命。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：據他們官方公布數據顯示，他們的電池可以達到五千次反復充放電，以每次200公里為例，可以累計到一百萬公里，這個數據遠遠超過了汽油車的壽命，事實上一般家用車的平均總行程不過十五萬公里左右。
記者：那為何電動汽車的平均壽命只有三年左右呢?
王武生：這就是問題的關鍵!也是我今天要談的重要問題。
記者：那請問你是采用什么樣的新電極材料呢?是和銀隆相同的鈦酸鋰還是其他的新的電極材料?還是發明了新的電解質配方。
王武生：我沒有發明新的電極材料，也沒有采用什么新的電解質配方。
記者：都沒有，那你如何把壽命延長到十年以上呢?
王武生：其實這應該算一個傳奇吧!我舉一個例子大家可能更好理解：假如一個地方發生了地震，材料學家和建筑學家都去考察房屋倒塌的原因，希望在下次修建房屋時更加堅固。但他們得到的結論是不相同的：材料學家將來會開發出更加堅固的材料，這就是銀隆、比亞迪、華為做的事，但這非常困難，因為開發一種新材料過程非常漫長，投入非常大，關鍵是你是否能經受得住下次地震的考驗，特別是新材料的壽命、價格等都要長時間的檢驗，而建筑學家則不相同，他們會在地震的現場尋找那些沒有垮塌的房屋，或者相對受損害較小的房屋，和那些破壞嚴重的房屋的結構進行比較，從構造上面尋求突破口，在下次設計時采用這種結構，即使采用同樣的材料但房屋會更加堅固。
十年前很多朋友希望我去研究新電極材料，我拒絕了!因為我沒有這么多的經費，也沒有這么強大的實驗條件，也沒有這么專業的能力。
記者：那你現在為何又去研究，并且還取得了這么大的成果呢?
王武生：我剛才已經說過：這是一個傳奇!我在做電池回收的過程中發現：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!同樣：越不容易拆解的電池是不是使用壽命就越長。我覺得我已經找到了延長電池壽命的秘密!
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?以手機電池為例：以前沒有充電寶時，我們通常使用兩塊電池換著用。當我們發現電池中間鼓起來后，就是常說的“鼓包”后基本上就不能用了。為何“鼓包”?其真正的原因是因為其中的電極材料與集流體分離，就是所謂的脫粉，逐步向電池的中間堆積造成的，因為電池的中間機械強度最弱。
記者：只要解決了脫粉實際上就等于解決了電池的壽命問題?
王武生：是的。因為脫粉就好比一個100人的生產流水線，大部分的操作工人都離開了生產流水線崗位，雖然人還在車間但是沒有干活，產量自然就下降了。
記者：人們常說，動力鋰離子電池的容量低于初始容量的80%后，電池的壽命就宣告結束了。那么請問王教授，動力鋰離子電池的壽命到底有多長呢?得出這種結論的依據又何在呢?
王武生：事實上，根據我們的研究，得出的結論是：動力鋰離子電池的使用壽命至少有十年以上。為何這么說呢，根據美國汽車工程師協會的調查，現在已經在密西根州找到了一部使用了十一年，現在仍然在使用的純電動汽車。另外，我們不妨做個假設，假如你有一部手機或電腦已經有十年以上，現在一定仍然可以使用。雖然十年后仍然可以使用，但由于工作時間的縮短，已經沒有實際價值!如原來可以使用五天的手機現在只能使用四個小時，但四個小時甚至于哪怕只有一分鐘一秒鐘，告訴我們一個事實：鋰離子電池的電化學反應仍然在進行!
電動汽車也相同，當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、還是原來的集流體!之所以行程縮短是因為其中除了那四十公里以內的電極材料在工作外，其余的電極材料都沒有工作，那為何沒有工作呢?因為他們離開了原來的工作崗位——脫粉!
記者：你認為只要解決了脫粉，不讓那些電極材料離開工作崗位就能延長電池的使用壽命?
王武生：對!由于現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，同時由于汽車不斷地運動，導致電極材料與集流體的分離。分離后的電極進行電化學反應的有效表面積變少，內電阻增大，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，現在的電極材料也能達到十年的使用壽命?假如不解決脫粉技術難題，即使有華為的石墨烯、銀隆的鈦酸鋰也無法延長壽命?
王武生：可以這么理解!這就好比人的壽命，現在人的平均壽命只有七十歲左右，但世界上最長壽命是英國的一位老頭達到了143歲。但一般人為何活不到一百歲呢?這是由兩個原因造成的：一是基因就是所謂的遺傳，這是內在因素;另一個是你的生活方式、生活環境等外部因素。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，還必須有一個好的外部環境。如烏龜可以活一千年，但活到三年時你把烏龜殺了吃了，烏龜也活不到該活的壽命。本來電池的使用壽命可以達到十年以上，但由于脫粉，導致工作效率下降，縮短了使用壽命。反過來說：假如不改變基因，再好的生活環境我也無法使人的壽命活到烏龜那么長!因為電池本身是有衰減的!
記者：我們了解，王教授您和您的團隊對延長動力鋰離子電池壽命的研究已經取得了相當大的進展，您是否能為我們介紹下動力鋰離子電池使用壽命延長的核心技術呢?以及這種技術的核心優勢所在?
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配方。我們只要做一個事：讓那些因為脫粉而停止的部分極板上的電化學反應仍然繼續!我們的核心技術在于，通過對電極材料進行表面改性處理，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反應的有效面積不會由于時間的延長而變小，從而保證了電池的儲存電量，延長電池的使用壽命。
我們核心技術的優勢就在于，它可將現有的鋰離子電池使用壽命延長一倍以上，與現在汽油車壽命相當，并且不對現在的生產設備和生產工藝進行任何的改進，更重要的是生產成本僅新增：千分之一!
記者：你認為何是最好的方法呢?
王武生：當然是兩者結合，好的基因生活到健康的環境里——優質的電極材料與防止脫粉的技術的結合!
記者：從您的介紹中，我們發現動力鋰離子電池壽命延長技術對解決目前市場上動力鋰離子電池使用壽命短的問題具有里程碑的用途，那么除了新能源汽車行業，我們的動力鋰離子電池壽命延長技術還服務什么行業呢?
王武生：我們的客戶對象包括新能源汽車主機廠、手機生產公司以及筆記本電腦生產公司，可以說動力鋰離子電池壽命延長技術能夠應用的范圍還是非常廣泛的。
記者：您對動力鋰離子電池壽命延長技術的市場規模有何展望呢?
王武生：我對我們的團隊以及動力鋰離子電池壽命延長技術充滿信心，相信十年以后動力鋰離子電池壽命延長技術的市場規模達到1000億以上完全不是夢想!!
▲上圖為王武生教授正在觀察極板表面的材料結構
我國的新能源產業正在飛速發展，當前使用環保的電動汽車也逐漸被大眾所接受，但電動汽車核心部件“動力鋰離子電池”價格不菲，因此動力鋰離子電池的壽命也就成為了廣大電動汽車車主最關心的問題之一。希望王武生教授的這項發明，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注動力鋰離子電池，這樣才能更好的推進我國的新能源汽車行業邁向跨越式的健康發展。
連線人物：
王武生，華東理工大學機械與動力工程學院教授;2005年《汽車制造與修理》教授級高級工程師;國家汽車標準委員會車身分標委員會委員;上海奇謀能源技術有限公司總經理;上海市第四屆創造發明獎;松江區第二屆拔尖人才;上海市領軍后備人才;上海市松江區市民最喜愛的“我們松江人”獲獎人。
王武生在長期的創造過程中取得了豐富的科技創新成果，共取得了幾百項發明，獲得了國家知識產權局頒發的四十多項發明專利證書和四項美國專利。其中，發明的《WFY-1汽車碰撞模擬臺車》，改變了利用線性變量疊加合成非線性曲線的傳統方式，采用直接利用金屬管的變形吸能的原理，實現了波形再現，真正實現了自主開發，打破了德國、美國在此技術領域的壟斷，被我國汽車認證中心、國家汽車監督檢驗中心(上海)等采用，列為上海市高新技術成果轉化項目，獲上海市第四屆創造發明專利三等獎。《限荷預緊式安全帶》的發明，打破了美國專利技術壟斷，填補國內空白，它采用限力式安全帶大幅度提高了乘員的安全性，被我國奇瑞汽車公司、江淮汽車公司等采用，被列為上海專利二次開發項目。作為全國汽車標準化技術委員會會員，參與了多項國家標準的制定，如《汽車安全帶標準》、《汽車安全氣囊標準》并且主持起草《車輛前下部防護裝置》的國家標準，是上海市第一次自主負責起草和制定的汽車行業的國家標準。針對高原戰士缺氧及部分邊遠地區的小型醫院缺少醫用氧氣的狀況，開發了《家庭實用、車用小型電解制氧機》，獲得第十屆全國發明銀獎，據此發明制造的產品獲第十屆全國發明新技術產品金獎。《安全帶緊急鎖止試驗臺》試驗裝置原來一直依賴進口，每臺進口需19萬馬克，經過比較試驗，該產品完全達到國外同類產品的性能，操作更為簡單，填補了國內空白，價格僅需人民幣20萬元，已被我國汽車產品認證、解放軍總裝備部定遠試驗場、602直升機研究所采用。除了在發明中取得了豐富的成果外還發表論文十多篇，其中在國家一級期刊共發表了具有創新理念和獨特見解的論文6篇。
為了展現當今在各行業、各領域取得卓越科技創新成績的公司及人物的風采，進一步營造技術創新良好環境，培育科學精神和創新文化，增強我國公司自主創新能力和核心競爭力，推動我國公司科技創新工作不斷向更高層次發展，我國科技新領軍者欄目組決定舉辦《我國科技新領軍者展播》系列活動，其宗旨是：尋找科技標桿，引領榜樣價值;提高創新能力，聚焦科技新領軍者;交流產品心得，供應創業分享;公布科技報告，打造我國世界品牌。
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