作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2019/1/8 16:01:42
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上海交通大学10项成果获国家科技大奖

 

1月8日,在北京举行的国家科学技术奖励大会上,上海交通大学共摘得10项国家科技大奖,其中孙宝德教授团队《高性能铝合金架空导线材料与应用》项目、马紫峰教授团队《磷酸铁锂动力电池制造及其应用过程关键技术》项目分别荣获国家技术发明奖二等奖和国家科技进步奖二等奖。

随着特高压、远距离、大容量输电和清洁能源利用的发展,对架空导线的导电率、强度、耐热性能和疲劳性能提出了更高的要求。但提升材料导电率与同时提高其强度和耐热性之间存在矛盾,导致我国电网建设急需的特种导线难以满足工程需求。

上海交通大学材料学院孙宝德教授、高海燕教授研究团队,与江苏中天科技合作,在973、国家自然科学基金、上海市节能减排专项等项目的资助下,历经二十余年,突破了制约高性能铝合金导线材料的关键技术,研制了高导耐热、高强抗疲劳、特高压节能导线等新型特种导线材料及制备技术,建立了全流程工艺控制体系,形成自主核心技术,三大类十九种新型导线通过了权威部门组织的新产品鉴定,满足了国家电网建设急需。

锂电池由于其能量密度高、携带轻便,已成功应用于手机和笔记本电脑等消费品电子产品。随着新能源汽车、可再生能源和智能电网等新兴产业发展,高安全、长寿命、高容量和低成本的动力锂电池研发成为研究前沿。正极材料是电池发展的基础,锂电池正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等类型。其中,磷酸铁锂具有高安全性、长循环寿命和容量稳定等优点,且可利用丰富低廉的铁、磷资源,无需钴、镍等有色金属,是国际公认的可一类持续发展的动力锂电池正极材料。

磷酸铁锂从1950年代被发现以来,世界各国科学家对其电、磁特性进行了系统研究,在1960年代通过物理法或化学法合成出高纯磷酸铁锂样品。1996年,磷酸铁锂被应用于动力锂电池研究。然而,要实现磷酸铁锂大规模应用,必须建立吨级生产能力的制造工艺与装备。马紫峰等人分析了诸多知名国际企业合成工艺,发现这些反应过程会产生CO、氨气等有害气体,而且烧结时间长,能耗大。为了降低生产成本,减少生产过程的污染,团队提出了一个磷酸锂铁合成新反应,制备出了新结构正极材料。2004年,马紫峰教授团队携带着磷酸铁锂合成新方法,与浙江横店东磁合作,开发磷酸铁锂正极材料。项目在2006年浙江省科技成果转化项目资助下,建成了300吨/年全流程合成的磷酸铁锂中试线,并与上海德朗能电池公司合作开发出电动车用磷酸铁锂电池,为大规模生产线建设奠定良好的基础。

2007年,马紫峰作为首席科学家,主持国家973计划“电动汽车用低成本、高密度蓄电体系基础科学问题研究”项目,为磷酸铁锂电池的产业化发展注入新的活力。通过973计划项目,上海交大联合清华大学、复旦大学和厦门大学等单位,与比亚迪等企业开展磷酸铁锂材料及其应用技术开发。2010年,为拓展磷酸铁锂应用领域,马紫峰团队与比亚迪合作,获得上海市科委重大科技专项,开展磷酸铁锂电池储能系统低成本化关键技术研究,使磷酸铁锂电池的应用领域从新能源汽车向智能电网储能系统拓展。

“磷酸铁锂动力电池制造及其应用过程关键技术”项目是通过紧密产学研合作形成产业突破的典范案例。马紫峰教授团队是国内具有重要影响的电化学能源技术创新团队,提出了基于FePO4的LiFePO4合成新反应。通过战略合作,组建上海中聚佳华电池科技有限公司,上海交大把2项核心发明专利权转让给上海中聚,并授权给江苏乐能等公司实施。通过技术转移与孵化,推动比亚迪、江苏乐能、上海凌翼动力等动力锂电池生产企业发展与壮大。2015年LFP电池进入快速发展阶段,占当年我国动力锂电池市场的69%,有力推动了我国新能源汽车和储能产业快速发展。

经过15年的产学研合作,磷酸铁锂动力电池技术不断完善,中国已经成为磷酸铁锂电池制造及应用世界第一大国,磷酸铁锂动力电池已在电动大巴、电动物流车、乘用车上得到广泛应用,以磷酸铁锂为动力的电动大巴还出口到美国、日本、英国、欧洲和大洋洲。

应用了磷酸铁锂动力电池的用户端储能电站已经连续稳定运行多年,并获得美国市场及欧洲相关领域权威机构的认可,先后荣获“2015年度北美地区集中式储能创新奖”,以及德国清洁科技研究所授予的2017年度全球储能“科技驱动者(Tech Driver)”大奖。

 
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