鉅大LARGE | 點擊量：610次 | 2022年08月02日
技術革新降低鋰電池成本
日前，國家科技部部長萬鋼在總結新能源汽車發(fā)展成就時，提到如今“動力電池系統(tǒng)價格已經下降到2元/瓦時以下，而產能達到200G瓦時，基本上滿足產業(yè)化和市場的需求?！?/p>
動力電池的價格是怎么變成白菜價的？
近日，來自深圳的“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”項目獲得國家技術發(fā)明獎二等獎，這是由清華大學深圳研究生院康飛宇教授團隊和天津大學楊全紅教授團隊歷時二十余年完成的科研成果。記者在采訪中了解到，原來正是這些科研工作者的不懈努力，讓動力電池更加廉價，讓新能源汽車走進大眾生活。
這項技術究竟有什么用？它到底有多牛？為什么是在廣東珠三角地區(qū)完成？近日，項目主要完成人之一、清華大學深圳研究生院李寶華教授接受了記者的獨家專訪，向讀者揭開這項技術的神秘面紗。
技術有多牛？鋰電池產業(yè)成中日韓三足鼎立之勢
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
新能源汽車主要由電池驅動系統(tǒng)、電機系統(tǒng)和電控系統(tǒng)及組裝等部分組成。其中電機、電控及組裝和傳統(tǒng)汽車基本相同，差價的原因在于電池驅動系統(tǒng)。從新能源汽車的成本構成看，電池驅動系統(tǒng)占據(jù)了新能源汽車成本的30%~45%，而動力鋰電池又占據(jù)電池驅動系統(tǒng)約75%~85%的成本構成。
解決新能源汽車高價格的核心是降低動力鋰電池一次采購成本。而“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”項目屬于無機非金屬材料中的石墨及碳素制品制造技術，優(yōu)化了鋰離子動力電池充放電速率、循環(huán)和高低溫性能，大幅提升了我國天然石墨資源的深加工技術和利用水平，提高我國鋰離子電池行業(yè)的國際競爭力。
究竟這項技術有多牛？李寶華向記者闡述了這個項目發(fā)展的來龍去脈。原來，鋰離子電池制造產業(yè)做得最早的是日本，其制造鋰離子電池負極材料用的是人造碳素石墨材料，這大幅推動了鋰離子電池的商品化。為什么要用人造石墨材料？因為日本資源缺乏，本身沒有天然石墨礦物儲備，人造石墨材料主要來源于石油化工和鋼鐵產業(yè)。那時候人造石墨負極材料技術掌握在日本人手里。后來，韓國也學習了日本的技術，所以，早期的鋰離子電池的市場一直以日韓為龍頭。但是人造石墨制備過程能耗大、成本高，制約了其價格和應用規(guī)模。
我國的情況與日韓不同，我國擁有豐富的天然石墨資源儲備，如果能在鋰離子電池生產中實現(xiàn)天然石墨代替人造石墨，一方面能更省能耗，降低成本，另一方面也能在國際競爭中實現(xiàn)彎道超車。此中的重大意義不言而喻。所以我國從上世紀就開始開展天然石墨的研究，康飛宇教授的團隊正是國內最早的從事天然石墨深加工和應用的科研團隊。
項目團隊歷時二十余年攻關，從國內最早申報天然石墨負極發(fā)明專利、突破關鍵技術，到實現(xiàn)天然石墨和石墨烯的規(guī)模應用，借助資源和技術優(yōu)勢，終于使得鋰離子電池“物美價廉”，形成鋰離子電池產業(yè)“中日韓”三足鼎立的格局。
李寶華用一組數(shù)字形象地告訴記者，2000年之前，用人造石墨制備的鋰離子電池負極材料，1噸的價格為30~40萬元人民幣；2000年之后逐步降至目前的3~10萬元。這也倒逼著日韓電池企業(yè)大幅降低鋰離子電池的價格。
如今國內外鋰離子電池負極材料市場每年的產值近100億元，其中近40%由天然石墨深加工制成。
特點在哪里？已獲授權發(fā)明專利35項實現(xiàn)產業(yè)化應用
李寶華介紹說，該項目已獲授權發(fā)明專利35項。比如發(fā)明了二元共插層鱗片石墨改性和微膨化技術，實現(xiàn)了石墨的低成本制備；開發(fā)出可快速充放電、工作溫度范圍寬和循環(huán)壽命長的商用微膨改性石墨負極材料，將鋰離子電池充電放電時間大幅縮短；發(fā)明了低溫負壓制備石墨烯的方法，實現(xiàn)了高品質石墨烯的低成本、宏量制備；提出了基于“點-面”模型的石墨烯導電劑應用技術等等。
李寶華自豪地說：“這個項目發(fā)展出自主知識產權的關鍵材料和產業(yè)化集成技術，促進了電池快速充放、循環(huán)、高低溫性能的大幅度提升。改變了產業(yè)格局，打破了我國高端石墨產業(yè)匱乏、高附加值加工技術長期被國外壟斷的局面。對新能源和電動汽車產業(yè)的發(fā)展具有重要意義?！?/p>
據(jù)了解，項目成果已在深圳翔豐華等多家合作單位實現(xiàn)了產業(yè)化及應用，相關產品與技術主要應用于比亞迪等國內鋰電龍頭企業(yè)，取得了良好的經濟和社會效益。
為何是深圳？與諾獎得主合作攻克難題
意義如此重大的一個技術項目，為何會選擇在廣東珠三角地區(qū)進行應用產業(yè)化，最終為廣東深圳帶回一個國家級重量大獎？
李寶華告訴記者，項目團隊開始時是在內地進行技術研究，這是因為內地高校密集、科研人才集中，但“技術應用都有一個磨合的過程，我們需要跟產業(yè)密切結合，知道企業(yè)需要什么，才能使技術真正被用上，并得到一步步的改進。而廣東珠三角地區(qū)是我國最大的鋰離子電池生產基地，所以我們選擇到廣東來。”
從2002年開始，項目團隊開始南下和生產企業(yè)進行合作，比如李寶華就曾在一家鋰離子電池企業(yè)工作了近3年，逐步摸清了企業(yè)的真正需求。李寶華說，“鋰離子電池生產企業(yè)原來用的都是日韓技術，具有一種慣性，開始都對我們國產的技術有抵觸。但隨著我們合作深入，互相了解，我們的技術也越來越成熟?，F(xiàn)在終于建立了完整的產業(yè)鏈?！?/p>
而在深圳，市政府重點支持發(fā)展新材料、新能源和電動汽車產業(yè)，特別近年來大力支持石墨烯材料的科技創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展，為本項目的研發(fā)與應用提供了良好的創(chuàng)新環(huán)境和巨大的產業(yè)發(fā)展空間。深圳市已把石墨烯等重要領域列為市政府未來重點支持的方向，2017年，由深圳市政府投資建設、深圳市科技創(chuàng)新委員會管理，以清華-伯克利深圳學院和清華大學深圳研究生院為依托單位的“深圳蓋姆石墨烯研究中心”（ShenzhenGeimGrapheneResearchCenter，簡稱SGC）在深圳揭牌成立。在2010年諾貝爾物理學獎獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)人之一安德烈·蓋姆教授帶領下，研究中心建成國際知名的科研實驗平臺，重點攻克以石墨烯為代表的二維材料在基礎前沿研究和高端產品產業(yè)化方面遇到的關鍵難題，最終成為集研發(fā)、標準化制定、產業(yè)化檢測等多功能服務平臺。
對于未來，李寶華說，在國家大力支持電動汽車產業(yè)發(fā)展的背景下，對高端鋰離子動力電池的需求不斷增加，因此高性能和高附加值的關鍵負極和導電劑等材料具有廣闊的未來市場前景。
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