钜大LARGE | 点击量：864次 | 2021年11月22日
访动力锂电池使用寿命延长技术新领军者王武生
随着我国电动汽车销量的大幅上升，有预测报告称，锂离子动力锂离子电池市场正进入黄金期，到2017年，动力锂离子电池产业规模将暴增至目前的400%。如此跨越式的规模上升之下，电池的质量成了不可回避的技术难点。
电动汽车的瓶颈在于电池，只有电池动力问题解决了，其他问题才能迎刃而解。业内人士指出，目前宣传的8年质保，其实并不一定能够实现。汽车动力锂离子电池在生产过程中由于生产工艺的差异，电池组内的电池单体性能也存在些许差别。随着时间地推移，电池组内的单体差异会逐步扩大，最终会影响电池的性能，造成电池性能的快速衰减，由此可见电池的使用寿命对提高电动汽车的使用率有着至关重要的用途。
王武生教授作为华东理工大学机械与动力工程学院教授，国家汽车标准委员会车身分标委员会委员一直对电池的使用寿命有着深入的研究，为了更加了解电池的寿命延长技术，缓解电动汽车行业面对的瓶颈问题，我们特地邀请了王武生教授为我们进行专业的解答。
记者：王教授您好，请问是什么样的契机和理由让您开始组建一批强大的技术团队，对电池寿命问题进行长远深入的研究呢?
王武生：电池的寿命决定新能源汽车行业的成败——消费者购买新能源汽车一方面是为了环保，另一方面是为了节省燃油费。但现在动力锂离子电池的平均使用寿命仅三年左右，三年后就面对着更换的问题。虽然消费者购买了新能源汽车每年可以节省三千左右的油费，但却要支付每年二万左右的更换电池的折旧费。根据我们的消费调查显示，几乎99.9%的消费者是不能接受的。这就意味着，假如我们不能延长动力锂离子电池的使用寿命，整个新能源汽车行业将陷入毁灭。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
记者：你的发明能将电池的寿命延长到十年以上与汽油车相当吗?
王武生：假如按照我的发明技术生产可以做到十年以上。
记者：你的发明与银隆公司、华为、比亚迪等公司的技术相比有什么差别吗?
王武生：我认为以上这些公司的材料都可以使动力锂离子电池达到十年以上的寿命。无论是银隆的钛酸锂、华为的石墨烯，还是比亚迪的磷酸铁锂。我们以比亚迪的磷酸铁锂材料为例：据他们官方公布数据显示，他们的电池可以达到五千次反复充放电，以每次200公里为例，可以累计到一百万公里，这个数据远远超过了汽油车的寿命，事实上一般家用车的平均总行程不过十五万公里左右。
记者：那为何电动汽车的平均寿命只有三年左右呢?
王武生：这就是问题的关键!也是我今天要谈的重要问题。
记者：那请问你是采用什么样的新电极材料呢?是和银隆相同的钛酸锂还是其他的新的电极材料?还是发明了新的电解质配方。
王武生：我没有发明新的电极材料，也没有采用什么新的电解质配方。
记者：都没有，那你如何把寿命延长到十年以上呢?
王武生：其实这应该算一个传奇吧!我举一个例子大家可能更好理解：假如一个地方发生了地震，材料学家和建筑学家都去考察房屋倒塌的原因，希望在下次修建房屋时更加坚固。但他们得到的结论是不相同的：材料学家将来会开发出更加坚固的材料，这就是银隆、比亚迪、华为做的事，但这非常困难，因为开发一种新材料过程非常漫长，投入非常大，关键是你是否能经受得住下次地震的考验，特别是新材料的寿命、价格等都要长时间的检验，而建筑学家则不相同，他们会在地震的现场寻找那些没有垮塌的房屋，或者相对受损害较小的房屋，和那些破坏严重的房屋的结构进行比较，从构造上面寻求突破口，在下次设计时采用这种结构，即使采用同样的材料但房屋会更加坚固。
十年前很多朋友希望我去研究新电极材料，我拒绝了!因为我没有这么多的经费，也没有这么强大的实验条件，也没有这么专业的能力。
记者：那你现在为何又去研究，并且还取得了这么大的成果呢?
王武生：我刚才已经说过：这是一个传奇!我在做电池回收的过程中发现：有的电池特别容易回收，也就是电极材料与集流体特别容易分离，特别是一些知名品牌的电池。但是，有一些电池特别是一些山寨电池特别难分离，有一种山寨电池我花了七年时间才终于分离。有一天我想到了地震，突然来了灵感：在地震中越不容易倒塌的房屋，反过来是不是越安全，使用寿命越长!同样：越不容易拆解的电池是不是使用寿命就越长。我觉得我已经找到了延长电池寿命的秘密!
记者：那你找到的秘密到底是什么呢?
王武生：脱粉!什么是脱粉呢?以手机电池为例：以前没有充电宝时，我们通常使用两块电池换着用。当我们发现电池中间鼓起来后，就是常说的“鼓包”后基本上就不能用了。为何“鼓包”?其真正的原因是因为其中的电极材料与集流体分离，就是所谓的脱粉，逐步向电池的中间堆积造成的，因为电池的中间机械强度最弱。
记者：只要解决了脱粉实际上就等于解决了电池的寿命问题?
王武生：是的。因为脱粉就好比一个100人的生产流水线，大部分的操作工人都离开了生产流水线岗位，虽然人还在车间但是没有干活，产量自然就下降了。
记者：人们常说，动力锂离子电池的容量低于初始容量的80%后，电池的寿命就宣告结束了。那么请问王教授，动力锂离子电池的寿命到底有多长呢?得出这种结论的依据又何在呢?
王武生：事实上，根据我们的研究，得出的结论是：动力锂离子电池的使用寿命至少有十年以上。为何这么说呢，根据美国汽车工程师协会的调查，现在已经在密西根州找到了一部使用了十一年，现在仍然在使用的纯电动汽车。另外，我们不妨做个假设，假如你有一部手机或电脑已经有十年以上，现在一定仍然可以使用。虽然十年后仍然可以使用，但由于工作时间的缩短，已经没有实际价值!如原来可以使用五天的手机现在只能使用四个小时，但四个小时甚至于哪怕只有一分钟一秒钟，告诉我们一个事实：锂离子电池的电化学反应仍然在进行!
电动汽车也相同，当每次充电后的使用距离从原来的三百公里降低为四十公里后，你就不会再用了，但四十公里仍然在工作，只是行程短了而已!那四十公里是谁在工作呢?还是原来的电极材料、还是原来的电解质、还是原来的集流体!之所以行程缩短是因为其中除了那四十公里以内的电极材料在工作外，其余的电极材料都没有工作，那为何没有工作呢?因为他们离开了原来的工作岗位——脱粉!
记者：你认为只要解决了脱粉，不让那些电极材料离开工作岗位就能延长电池的使用寿命?
王武生：对!由于现在的锂离子电池在使用过程中不断地充放电，引起热胀冷缩，同时由于汽车不断地运动，导致电极材料与集流体的分离。分离后的电极进行电化学反应的有效表面积变少，内电阻增大，从而电池贮存的电量变少，缩短了有效使用寿命。
记者：你的意思是只要解决了脱粉问题，现在的电极材料也能达到十年的使用寿命?假如不解决脱粉技术难题，即使有华为的石墨烯、银隆的钛酸锂也无法延长寿命?
王武生：可以这么理解!这就好比人的寿命，现在人的平均寿命只有七十岁左右，但世界上最长寿命是英国的一位老头达到了143岁。但一般人为何活不到一百岁呢?这是由两个原因造成的：一是基因就是所谓的遗传，这是内在因素;另一个是你的生活方式、生活环境等外部因素。银隆公司、华为、比亚迪这些公司就是改变基因提高寿命，但是仅有好的基因是不够的，还必须有一个好的外部环境。如乌龟可以活一千年，但活到三年时你把乌龟杀了吃了，乌龟也活不到该活的寿命。本来电池的使用寿命可以达到十年以上，但由于脱粉，导致工作效率下降，缩短了使用寿命。反过来说：假如不改变基因，再好的生活环境我也无法使人的寿命活到乌龟那么长!因为电池本身是有衰减的!
记者：我们了解，王教授您和您的团队对延长动力锂离子电池寿命的研究已经取得了相当大的进展，您是否能为我们介绍下动力锂离子电池使用寿命延长的核心技术呢?以及这种技术的核心优势所在?
王武生：我的研究方向不是去寻求新的电极材料，也不是去研究新的电解质配方。我们只要做一个事：让那些因为脱粉而停止的部分极板上的电化学反应仍然继续!我们的核心技术在于，通过对电极材料进行表面改性处理，有效地防止了电极材料与集流体脱离，保证了电极表面的电化学反应的有效面积不会由于时间的延长而变小，从而保证了电池的储存电量，延长电池的使用寿命。
我们核心技术的优势就在于，它可将现有的锂离子电池使用寿命延长一倍以上，与现在汽油车寿命相当，并且不对现在的生产设备和生产工艺进行任何的改进，更重要的是生产成本仅新增：千分之一!
记者：你认为何是最好的方法呢?
王武生：当然是两者结合，好的基因生活到健康的环境里——优质的电极材料与防止脱粉的技术的结合!
记者：从您的介绍中，我们发现动力锂离子电池寿命延长技术对解决目前市场上动力锂离子电池使用寿命短的问题具有里程碑的用途，那么除了新能源汽车行业，我们的动力锂离子电池寿命延长技术还服务什么行业呢?
王武生：我们的客户对象包括新能源汽车主机厂、手机生产公司以及笔记本电脑生产公司，可以说动力锂离子电池寿命延长技术能够应用的范围还是非常广泛的。
记者：您对动力锂离子电池寿命延长技术的市场规模有何展望呢?
王武生：我对我们的团队以及动力锂离子电池寿命延长技术充满信心，相信十年以后动力锂离子电池寿命延长技术的市场规模达到1000亿以上完全不是梦想!!
▲上图为王武生教授正在观察极板表面的材料结构
我国的新能源产业正在飞速发展，当前使用环保的电动汽车也逐渐被大众所接受，但电动汽车核心部件“动力锂离子电池”价格不菲，因此动力锂离子电池的寿命也就成为了广大电动汽车车主最关心的问题之一。希望王武生教授的这项发明，能真正早日投入使用，也希望更多的像王武生教授这样的科研人才能关注动力锂离子电池，这样才能更好的推进我国的新能源汽车行业迈向跨越式的健康发展。
连线人物：
王武生，华东理工大学机械与动力工程学院教授;2005年《汽车制造与修理》教授级高级工程师;国家汽车标准委员会车身分标委员会委员;上海奇谋能源技术有限公司总经理;上海市第四届创造发明奖;松江区第二届拔尖人才;上海市领军后备人才;上海市松江区市民最喜爱的“我们松江人”获奖人。
王武生在长期的创造过程中取得了丰富的科技创新成果，共取得了几百项发明，获得了国家知识产权局颁发的四十多项发明专利证书和四项美国专利。其中，发明的《WFY-1汽车碰撞模拟台车》，改变了利用线性变量叠加合成非线性曲线的传统方式，采用直接利用金属管的变形吸能的原理，实现了波形再现，真正实现了自主开发，打破了德国、美国在此技术领域的垄断，被我国汽车认证中心、国家汽车监督检验中心(上海)等采用，列为上海市高新技术成果转化项目，获上海市第四届创造发明专利三等奖。《限荷预紧式安全带》的发明，打破了美国专利技术垄断，填补国内空白，它采用限力式安全带大幅度提高了乘员的安全性，被我国奇瑞汽车公司、江淮汽车公司等采用，被列为上海专利二次开发项目。作为全国汽车标准化技术委员会会员，参与了多项国家标准的制定，如《汽车安全带标准》、《汽车安全气囊标准》并且主持起草《车辆前下部防护装置》的国家标准，是上海市第一次自主负责起草和制定的汽车行业的国家标准。针对高原战士缺氧及部分边远地区的小型医院缺少医用氧气的状况，开发了《家庭实用、车用小型电解制氧机》，获得第十届全国发明银奖，据此发明制造的产品获第十届全国发明新技术产品金奖。《安全带紧急锁止试验台》试验装置原来一直依赖进口，每台进口需19万马克，经过比较试验，该产品完全达到国外同类产品的性能，操作更为简单，填补了国内空白，价格仅需人民币20万元，已被我国汽车产品认证、解放军总装备部定远试验场、602直升机研究所采用。除了在发明中取得了丰富的成果外还发表论文十多篇，其中在国家一级期刊共发表了具有创新理念和独特见解的论文6篇。
为了展现当今在各行业、各领域取得卓越科技创新成绩的公司及人物的风采，进一步营造技术创新良好环境，培育科学精神和创新文化，增强我国公司自主创新能力和核心竞争力，推动我国公司科技创新工作不断向更高层次发展，我国科技新领军者栏目组决定举办《我国科技新领军者展播》系列活动，其宗旨是：寻找科技标杆，引领榜样价值;提高创新能力，聚焦科技新领军者;交流产品心得，供应创业分享;公布科技报告，打造我国世界品牌。
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