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他们让锂电池变成白菜价 深圳锂电项目获国家技术发明奖

作者:时间:2018-01-25来源:广州日报收藏
编者按:在国家大力支持电动汽车产业发展的背景下,对高端锂离子动力电池的需求不断增加,因此高性能和高附加值的关键负极和导电剂等材料具有广阔的未来市场前景。

  上周末,在钓鱼台国宾馆召开的中国电动汽车百人会论坛上,国家科技部部长万钢在总结新能源汽车发展成就时,提到如今“动力电池系统价格已经下降到2元/瓦时以下,而产能达到200G瓦时,基本上满足产业化和市场的需求。”

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201801/374881.htm

  动力电池的价格是怎么变成白菜价的呢?

  近日,来自深圳的“高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料”项目获得国家技术发明奖二等奖,这是由清华大学深圳研究生院康飞宇教授团队和天津大学杨全红教授团队历时二十余年完成的科研成果。广州日报全媒体记者在采访中了解到,原来正是这些科研工作者的不懈努力,让动力电池更加廉价,让新能源汽车走进大众生活。

  这项技术究竟有什么用?它到底有多牛?为什么是在广东珠三角地区完成?近日,项目主要完成人之一、清华大学深圳研究生院李宝华教授接受了本报记者的独家专访,向读者揭开这项技术的神秘面纱。


他们让锂电池变成白菜价 深圳锂电项目获国家技术发明奖

  李宝华向记者介绍实验室里的高端科研设备

  技术有多牛?

  产业成中日韩三足鼎立之势

  新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统和电控系统及组装等部分组成。其中电机、电控及组装和传统汽车基本相同,差价的原因在于电池驱动系统。从新能源汽车的成本构成看,电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30%~45%,而动力又占据电池驱动系统约75%~85%的成本构成。

  解决新能源汽车高价格的核心是降低动力一次采购成本。而“高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料”项目属于无机非金属材料中的石墨及碳素制品制造技术,优化了锂离子动力电池充放电速率、循环和高低温性能,大幅提升了我国天然石墨资源的深加工技术和利用水平,提高我国锂离子电池行业的国际竞争力。

  究竟这项技术有多牛?李宝华向记者阐述了这个项目发展的来龙去脉。原来,锂离子电池制造产业做得最早的是日本,其制造锂离子电池负极材料用的是人造碳素石墨材料,这大幅推动了锂离子电池的商品化。为什么要用人造石墨材料?因为日本资源缺乏,本身没有天然石墨矿物储备,人造石墨材料主要来源于石油化工和钢铁产业。那时候人造石墨负极材料技术掌握在日本人手里。后来,韩国也学习了日本的技术,所以,早期的锂离子电池的市场一直以日韩为龙头。但是人造石墨制备过程能耗大、成本高,制约了其价格和应用规模。

  我国的情况与日韩不同,我国拥有丰富的天然石墨资源储备,如果能在锂离子电池生产中实现天然石墨代替人造石墨,一方面能更省能耗,降低成本,另一方面也能在国际竞争中实现弯道超车。此中的重大意义不言而喻。所以我国从上世纪就开始开展天然石墨的研究,康飞宇教授的团队正是国内最早的从事天然石墨深加工和应用的科研团队。

  项目团队历时二十余年攻关,从国内最早申报天然石墨负极发明专利、突破关键技术,到实现天然石墨和石墨烯的规模应用,借助资源和技术优势,终于使得锂离子电池“物美价廉”,形成锂离子电池产业“中日韩”三足鼎立的格局。

  李宝华用一组数字形象地告诉记者,2000年之前,用人造石墨制备的锂离子电池负极材料,1吨的价格为30~40万元人民币;2000年之后逐步降至目前的3~10万元。这也倒逼着日韩电池企业大幅降低锂离子电池的价格。

  如今国内外锂离子电池负极材料市场每年的产值近100亿元,其中近40%由天然石墨深加工制成。


他们让锂电池变成白菜价 深圳锂电项目获国家技术发明奖

  康飞宇教授及科研团队部分成员领取国家技术发明奖二等奖

  特点在哪里?

  已获授权发明专利35项

  实现产业化应用

  李宝华介绍说,该项目已获授权发明专利35项。比如发明了二元共插层鳞片石墨改性和微膨化技术,实现了石墨的低成本制备;开发出可快速充放电、工作温度范围宽和循环寿命长的商用微膨改性石墨负极材料,将锂离子电池充电放电时间大幅缩短;发明了低温负压制备石墨烯的方法,实现了高品质石墨烯的低成本、宏量制备;提出了基于“点-面”模型的石墨烯导电剂应用技术等等。

  李宝华自豪地说:“这个项目发展出自主知识产权的关键材料和产业化集成技术,促进了电池快速充放、循环、高低温性能的大幅度提升。改变了产业格局,打破了我国高端石墨产业匮乏、高附加值加工技术长期被国外垄断的局面。对新能源和电动汽车产业的发展具有重要意义。”

  据了解,项目成果已在深圳翔丰华等多家合作单位实现了产业化及应用,相关产品与技术主要应用于比亚迪等国内锂电龙头企业,取得了良好的经济和社会效益。

  为何是深圳?

  与诺奖得主合作攻克难题

  意义如此重大的一个技术项目,为何会选择在广东珠三角地区进行应用产业化,最终为广东深圳带回一个国家级重量大奖?

  李宝华告诉记者,项目团队开始时是在内地进行技术研究,这是因为内地高校密集、科研人才集中,但“技术应用都有一个磨合的过程,我们需要跟产业密切结合,知道企业需要什么,才能使技术真正被用上,并得到一步步的改进。而广东珠三角地区是我国最大的锂离子电池生产基地,所以我们选择到广东来。”

  从2002年开始,项目团队开始南下和生产企业进行合作,比如李宝华就曾在一家锂离子电池企业工作了近3年,逐步摸清了企业的真正需求。李宝华说,“锂离子电池生产企业原来用的都是日韩技术,具有一种惯性,开始都对我们国产的技术有抵触。但随着我们合作深入,互相了解,我们的技术也越来越成熟。现在终于建立了完整的产业链。”

  而在深圳,市政府重点支持发展新材料、新能源和电动汽车产业,特别近年来大力支持石墨烯材料的科技创新和产业发展,为本项目的研发与应用提供了良好的创新环境和巨大的产业发展空间。深圳市已把石墨烯等重要领域列为市政府未来重点支持的方向,2017年,由深圳市政府投资建设、深圳市科技创新委员会管理,以清华-伯克利深圳学院和清华大学深圳研究生院为依托单位的“深圳盖姆石墨烯研究中心”(Shenzhen Geim Graphene Research Center,简称SGC)在深圳揭牌成立。在2010年诺贝尔物理学奖获得者、石墨烯发现人之一安德烈·盖姆教授带领下,研究中心建成国际知名的科研实验平台,重点攻克以石墨烯为代表的二维材料在基础前沿研究和高端产品产业化方面遇到的关键难题,最终成为集研发、标准化制定、产业化检测等多功能服务平台。

  对于未来,李宝华说,在国家大力支持电动汽车产业发展的背景下,对高端锂离子动力电池的需求不断增加,因此高性能和高附加值的关键负极和导电剂等材料具有广阔的未来市场前景。



关键词: 锂电池

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