淬火之路：七星電子突破新能源汽車“心臟”技術(shù)丨博士創(chuàng)新站賦能地方產(chǎn)業(yè)躍升實踐?

概況

浙江七星電子產(chǎn)品存在儲能密度低、環(huán)境穩(wěn)定性差與成本高三大難題。李軍山博士通過技術(shù)創(chuàng)新成功將產(chǎn)品儲能密度提升3倍，故障率降低80%，市場占有率從不足10%提升至35%，顯著推動產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展。

建站博士：李軍山博士

成都大學(xué)高等研究院特聘研究員，副研究員，碩士生導(dǎo)師，巴塞羅那大學(xué)博士，電子科技大學(xué)博士后，中國博士后“國際交流計劃引進項目”獲得者。主要從事納米材料的設(shè)計與合成及其在能量轉(zhuǎn)換與儲存方面的應(yīng)用研究。截至目前，李軍山共發(fā)表SCI論文80余篇，其中以第一作者在Angew.Chem.Int.Ed.、ACS Energy Letters、Advanced Science、Small（封面論文）等期刊發(fā)表論文13篇，通訊/共同通訊發(fā)表論文10余篇。累計學(xué)術(shù)引用2600余次，H指數(shù)為30，H10指數(shù)為50。李軍山曾以第一發(fā)明人申請專利5項，授權(quán)1項，主持省部級項目10余項。

建站企業(yè)

浙江七星電子股份有限公司成立于1994年，是我國薄膜電容器產(chǎn)銷規(guī)模領(lǐng)先企業(yè)。公司主要從事薄膜電容器及電容器配套材料的設(shè)計研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)。主導(dǎo)產(chǎn)品有薄膜電容器、金屬化電容蒸鍍薄膜。公司注冊資本6000萬元，占地41.3畝，建筑面積8萬平方米，員工600余名。公司擁有國內(nèi)外先進制造設(shè)備和檢測設(shè)備800余臺（套）。公司現(xiàn)為國家重點“小巨人”企業(yè)、國家重點扶持高新技術(shù)企業(yè)、國家第三批綠色工廠、工業(yè)產(chǎn)品綠色設(shè)計示范企業(yè)、浙江省科技型中小企業(yè)等。

2023年初冬，浙江長興縣煤山鎮(zhèn)的寒風(fēng)裹挾著細(xì)雨，敲打在七星電子股份有限公司（以下簡稱“七星電子”）的研發(fā)大樓上。李軍山站在實驗室的落地窗前，望著遠處廠區(qū)內(nèi)整齊排列的電容器成品，眉頭緊鎖。彼時，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)正以驚人的速度發(fā)展，然而核心零部件高壓薄膜電容器卻被國外技術(shù)牢牢“卡脖子”，成為制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵痛點。

在新能源汽車的動力系統(tǒng)中，高壓薄膜電容器如同“心臟”，承擔(dān)著直流支撐、交流濾波等關(guān)鍵功能。但長期以來，我國企業(yè)面臨著諸多難題：儲能密度不足，傳統(tǒng)電容器難以滿足車輛輕量化需求，大量空間被占據(jù)，影響續(xù)航；在高溫、高濕以及頻繁充放電的復(fù)雜工況下，可靠性與穩(wěn)定性差，故障率居高不下，嚴(yán)重威脅行車安全。

更令人無奈的是，相關(guān)核心技術(shù)掌握在國外企業(yè)手中，國內(nèi)企業(yè)不僅要支付高昂的采購成本，還時常面臨供貨周期不穩(wěn)定的困境。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)時國內(nèi)新能源汽車用高壓薄膜電容器80%以上依賴進口，每只進口電容器的價格是國產(chǎn)的3倍之多。

面對困境，李軍山帶領(lǐng)團隊立下“軍令狀”，一頭扎進了技術(shù)研發(fā)的“戰(zhàn)場”。這場攻堅戰(zhàn)，從四個關(guān)鍵技術(shù)方向同時展開。

金屬化膜電極結(jié)構(gòu)設(shè)計：“微雕”出性能飛躍。金屬化膜電極結(jié)構(gòu)是決定電容器性能的核心。團隊在選型時，經(jīng)過無數(shù)次對比與試驗，最終選定T型金屬化安全膜。但這只是開始，為解決抗涌流能力不足的問題，團隊在電極結(jié)構(gòu)設(shè)計上展開了“微雕”工作。

實驗室里，工程師們拿著放大鏡，反復(fù)觀察電極端面的接觸情況。“為什么噴金材料與電極總是接觸不牢固？”李軍山在一次深夜研討會上拋出問題。

經(jīng)過連續(xù)一周的頭腦風(fēng)暴與實驗驗證，他們創(chuàng)新性地提出邊緣加厚和波浪邊金屬化膜設(shè)計。當(dāng)?shù)谝黄捎眯略O(shè)計的電極樣品誕生時，團隊成員們圍在檢測儀器前，屏住呼吸。隨著檢測數(shù)據(jù)不斷刷新，接觸面積增大了40%，抗涌流能力顯著提升，大家激動得擊掌歡呼，眼中閃爍著希望的光芒。

金屬化電極蒸鍍質(zhì)量控制：與原子“對話”的藝術(shù)。金屬與薄膜介質(zhì)間巨大的性能差異，讓金屬化電極蒸鍍成為又一難題。蒸鍍過程中，金屬層不連續(xù)、易擊穿、黏合不良等問題層出不窮。

為解決這些問題，團隊如同與原子“對話”，不斷摸索最佳工藝。他們嘗試合金沉積技術(shù)，在真空鍍膜設(shè)備前一守就是十幾個小時。在設(shè)備的轟鳴聲中，技術(shù)人員緊盯屏幕上的數(shù)據(jù)變化，調(diào)整著各種參數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)通過特定的合金比例和沉積速度，能抑制島狀生長模式，使金屬層呈現(xiàn)平滑二維生長時，整個實驗室沸騰了。

但他們并未止步，為增強金屬膜與介質(zhì)的黏合，又引入真空等離子預(yù)處理技術(shù)。一次實驗中，工程師小王的手被等離子體輕微灼傷，但他簡單處理后又回到崗位，“這點傷不算什么，技術(shù)突破才是大事。”

低接觸電阻過渡電極形成：“搭橋”破解連接難題。引出電極與金屬化膜電極的連接問題，像一座橫亙在團隊面前的大山。接觸不良、氧化、電阻增大等問題，導(dǎo)致電容器頻繁失效。

團隊決定采用多元合金在保護氣體氛圍下形成無氧化金屬顆粒噴涂過渡電極技術(shù)。在嘗試過程中，合金成分的配比成為關(guān)鍵。一個深夜，團隊成員們圍在實驗臺前，對新配比的合金進行測試。當(dāng)檢測到連接牢固度大幅提升，等效串聯(lián)電阻降低了30%時，李軍山眼中滿是欣慰，“我們終于為電極連接搭好了這座‘橋’。”

多芯組并聯(lián)與母排技術(shù)優(yōu)化：“拼圖”拼出集成新高度。DC-Link薄膜電容對大容量、低電感的要求，促使團隊在多芯組并聯(lián)和母排技術(shù)上尋求突破。他們?nèi)缤磮D大師，將各個技術(shù)模塊精準(zhǔn)拼接。

在研究多芯組并聯(lián)技術(shù)時，團隊遇到了電流分配不均的問題。為解決這個難題，成員們?nèi)找箠^戰(zhàn)，繪制了無數(shù)張電路圖，進行了上百次模擬實驗。最終，通過獨特的組合方式和電流分配算法，實現(xiàn)了電流的均勻分配。而在高載流低電感匯流疊層母排設(shè)計中，工程師們不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，每一次尺寸的微調(diào)、材料的更換，都凝聚著他們的智慧與汗水。當(dāng)?shù)谝惶诐M足要求的母排樣品誕生時，整個項目迎來了重大轉(zhuǎn)折點。

經(jīng)過無數(shù)個日夜的拼搏，李軍山團隊終于迎來了收獲的時刻。他們研發(fā)的高壓薄膜電容器，儲能密度相比傳統(tǒng)產(chǎn)品提升了3倍，在80℃高溫和-30℃低溫環(huán)境下，依然能穩(wěn)定運行，故障率降低了80%；等效串聯(lián)電阻大幅降低，dv/dt值提升了5倍，完美適應(yīng)新能源汽車快速充放電的需求。這些技術(shù)突破，徹底改變了七星電子的命運，也為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)注入了強大動力。國內(nèi)多家新能源汽車廠商紛紛拋來橄欖枝，產(chǎn)品市場占有率從不足10%迅速提升至35%。

如今，走進七星電子的生產(chǎn)車間，自動化生產(chǎn)線高效運轉(zhuǎn)，一個個高性能的高壓薄膜電容器不斷下線。而在研發(fā)大樓里，李軍山團隊又開始了新的征程，向著更高性能的電容器技術(shù)發(fā)起挑戰(zhàn)。他們的故事，是中國科研人員勇攀技術(shù)高峰的縮影，也為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的崛起寫下了濃墨重彩的一筆。

來源：省院士專家服務(wù)中心

責(zé)編：葉　揚

美編：陳路漫

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