訪動力電池使用壽命延長技術(shù)新領(lǐng)軍者——發(fā)明家王武生

 　　隨著中國電動汽車銷量的大幅增長，有預測報告稱，鋰離子動力電池市場正進入黃金期，到2017年，動力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將暴增至目前的400%。如此跨越式的規(guī)模增長之下，電池的質(zhì)量成了不可回避的技術(shù)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(yè)內(nèi)人士指出，目前宣傳的8年質(zhì)保，其實并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)。汽車動力電池在生產(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。隨著時間地推移，電池組內(nèi)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(shù)，緩解電動車行業(yè)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(yè)的解答。

　　▲上圖為王武生教授就環(huán)保發(fā)明接受媒體專訪

　　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(shù)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(愛基,凈值,資訊)行業(yè)的成敗——消費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。但現(xiàn)在動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。雖然消費者購買了新能源汽車每年可以節(jié)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(jù)我們的消費調(diào)查顯示，幾乎99.9%的消費者是不能接受的。這就意味著，如果我們不能延長動力電池的使用壽命，整個新能源汽車行業(yè)將陷入毀滅。

　　記者：你的發(fā)明能將電池的壽命延長到十年以上與汽油車相當嗎?

　　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(002594,買入)等公司的技術(shù)相比有什么區(qū)別嗎?

　　王武生：我認為以上這些公司的材料都可以使動力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(jù)他們官方公布數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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：那為什么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(guān)鍵!也是我今天要談的主要問題。

　　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到十年以上呢?

　　王武生：其實這應(yīng)該算一個傳奇吧!我舉一個例子大家可能更好理解：如果一個地方發(fā)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(jié)論是不一樣的：材料學家將來會開發(fā)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(fā)一種新材料過程非常漫長，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，特別是新材料的壽命、價格等都需要長時間的檢驗，而建筑學家則不一樣，他們會在地震的現(xiàn)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(jié)構(gòu)進行對比，從構(gòu)造上面尋求突破口，在下次設(shè)計時采用這種結(jié)構(gòu)，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(jīng)費，也沒有這么強大的實驗條件，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(jīng)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(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(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。那么請問王教授，動力電池的壽命到底有多長呢?得出這種結(jié)論的依據(jù)又何在呢?

　　王武生：事實上，根據(jù)我們的研究，得出的結(jié)論是：動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)美國汽車工程師協(xié)會的調(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汽車。另外，我們不妨做個假設(shè)，如果你有一部手機或電腦已經(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，但由于工作時間的縮短，已經(jīng)沒有實際價值!如原來可以使用五天的手機現(xiàn)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(yīng)仍然在進行!

　　電動汽車也一樣，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(zhì)、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(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(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(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，但世界上最長壽命是英國的一位老頭達到了143歲。但一般人為什么活不到一百歲呢?這是由兩個原因造成的：一是基因就是所謂的遺傳，這是內(nèi)在因素;另一個是你的生活方式、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，還必須有一個好的外部環(huán)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：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!因為電池本身是有衰減的!

　　記者：我們知道，王教授您和您的團隊對延長動力電池壽命的研究已經(jīng)取得了相當大的進展，您是否能為我們介紹下動力電池使用壽命延長的核心技術(shù)呢?以及這種技術(shù)的核心優(yōu)勢(愛基,凈值,資訊)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。我們只需要做一個事：讓那些因為脫粉而停止的部分極板上的電化學反應(yīng)仍然繼續(xù)!我們的核心技術(shù)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(yīng)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(shù)的優(yōu)勢就在于，它可將現(xiàn)有的鋰離子電池使用壽命延長一倍以上，與現(xiàn)在汽油車壽命相當，并且不對現(xiàn)在的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝進行任何的改進，更重要的是生產(chǎn)成本僅增加：千分之一!

　　記者：你認為什么是最好的方案呢?

　　王武生：當然是兩者結(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)動力電池壽命延長技術(shù)對解決目前市場上動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)，我們的動力電池壽命延長技術(shù)還服務(wù)哪些行業(yè)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(chǎn)企業(yè)以及筆記本電腦生產(chǎn)企業(yè)，可以說動力電池壽命延長技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍還是非常廣泛的。

　　記者：您對動力電池壽命延長技術(shù)的市場規(guī)模有何展望呢?

　　王武生：我對我們的團隊以及動力電池壽命延長技術(shù)充滿信心，相信十年以后動力電池壽命延長技術(shù)的市場規(guī)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(jié)構(gòu)

　　我國的新能源產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，當前使用環(huán)保的電動汽車也逐漸被大眾所接受，但電動汽車核心部件“動力電池”價格不菲，因此動力電池的壽命也就成為了廣大電動汽車車主最關(guān)心的問題之一。希望王武生教授的這項發(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)注動力電池，這樣才能更好的推進我國的新能源汽車行業(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(shù)有限公司總經(jīng)理;上海市第四屆創(chuàng)造發(fā)明獎;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”獲獎人。

　　王武生在長期的創(chuàng)造過程中取得了豐富的科技創(chuàng)新成果，共取得了幾百項發(fā)明，獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的四十多項發(fā)明專利證書和四項美國專利。其中，發(fā)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(tǒng)方式，采用直接利用金屬管的變形吸能的原理，實現(xiàn)了波形再現(xiàn)，真正實現(xiàn)了自主開發(fā)，打破了德國、美國在此技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，被中國汽車認證中心、國家汽車監(jiān)督檢驗中心(上海)等采用，列為上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目，獲上海市第四屆創(chuàng)造發(fā)明專利三等獎�！断藓深A緊式安全帶》的發(fā)明，打破了美國專利技術(shù)壟斷，填補國內(nèi)空白，它采用限力式安全帶大幅度提高了乘員的安全性，被中國奇瑞汽車公司、江淮汽車(600418,買入)公司等采用，被列為上海專利二次開發(fā)項目。作為全國汽車標準化技術(shù)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(yè)的國家標準。針對高原戰(zhàn)士缺氧及部分邊遠地區(qū)的小型醫(yī)院缺少醫(yī)用氧氣的狀況，開發(fā)了《家庭實用、車用小型電解制氧機》，獲得第十屆全國發(fā)明銀獎，據(jù)此發(fā)明制造的產(chǎn)品獲第十屆全國發(fā)明新技術(shù)產(chǎn)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(jīng)過對比試驗，該產(chǎn)品完全達到國外同類產(chǎn)品的性能，操作更為簡單，填補了國內(nèi)空白，價格僅需人民幣20萬元，已被中國汽車產(chǎn)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(fā)明中取得了豐富的成果外還發(fā)表論文十多篇，其中在國家一級期刊共發(fā)表了具有創(chuàng)新理念和獨特見解的論文6篇。

　　為了展現(xiàn)當今在各行業(yè)、各領(lǐng)域取得卓越科技創(chuàng)新成績的企業(yè)及人物的風采，進一步營造技術(shù)創(chuàng)新良好環(huán)境，培育科學精神和創(chuàng)新文化(300336,買入)，增強我國企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力，推動我國企業(yè)科技創(chuàng)新工作不斷向更高層次發(fā)展，中國科技新領(lǐng)軍者欄目組決定舉辦《中國科技新領(lǐng)軍者展播》系列活動，其宗旨是：尋找科技標桿，引領(lǐng)榜樣價值;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)布科技報告，打造中國世界品牌。

　　《中國科技新領(lǐng)軍者展播》欄目組踐行“聚焦科技新領(lǐng)軍者、整合優(yōu)勢資源、打造權(quán)威品牌”的信念，以專業(yè)報道和誠信服務(wù)的媒體品質(zhì)打造科技領(lǐng)域最具影響力的媒體，更多精彩內(nèi)容歡迎搜索關(guān)注。