“鋰電池之父”——陳立泉院士：四十余載，致力于中國鋰電研究

導(dǎo)讀

陳立泉院士是我國首位鋰電池材料領(lǐng)域的院士。他曾是物理所高溫超導(dǎo)材料研究的負(fù)責(zé)人，首次發(fā)現(xiàn)了70K超導(dǎo)跡象，研制出世界領(lǐng)先水平的高溫超導(dǎo)材料。1997年9月，他首先完成了我國第一條鋰離子電池中試生產(chǎn)線，解決了鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)過程遇到的技術(shù)和工程問題，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。協(xié)助建成了全世界最大的聚合物鋰電池廠，是推動(dòng)我國鋰離子電池行業(yè)的重要的開創(chuàng)者和推動(dòng)者。他曾預(yù)言到2050年中國路面上奔跑的汽車將多是電動(dòng)汽車。

我國電動(dòng)汽車的研究，最早可追溯到20世紀(jì)40年代的抗日戰(zhàn)爭時(shí)期。早在1958年，清華大學(xué)就成功研制出新中國第一款電動(dòng)汽車；1970年，我國又組織了研發(fā)鈉硫電池電動(dòng)汽車會(huì)戰(zhàn)；在1975年，我國研發(fā)的可乘坐4人的電動(dòng)汽車成功完成了從上海靜安寺到嘉定區(qū)的路演。陳立泉院士認(rèn)為：“可以看出，我國電動(dòng)汽車有著得天獨(dú)厚的開發(fā)歷史和良好傳統(tǒng)，我們應(yīng)該傳承下去。”

與鋰電池的不解之緣

1964年，陳立泉畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)技術(shù)物理系。同年被分配到中國科學(xué)院物理研究所從事晶體材料方面的研究工作。1976年12月，陳立泉被中科院派遣到西德馬普協(xié)會(huì)固體所進(jìn)行進(jìn)修。在馬普協(xié)會(huì)固體所，他首次接觸到可以做固態(tài)鋰電池的超離子導(dǎo)體材料Li?N。此時(shí)，陳立泉敏感地意識(shí)到超離子導(dǎo)體將對(duì)中國乃至世界產(chǎn)生重大影響。于是他便果斷向國內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)遞交申請(qǐng)：由原先的晶體生長研究方向，轉(zhuǎn)行去做超離子導(dǎo)體研究。幸運(yùn)的是，這個(gè)申請(qǐng)很快得到所領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)并得到導(dǎo)師同意，于是，陳立泉花了5個(gè)月完成了導(dǎo)師交給他的生長晶體研究任務(wù)，馬上轉(zhuǎn)行去從事超離子導(dǎo)體研究。這一研究，他便與鋰電池結(jié)下了大半生的不解之緣，成為中國鋰電領(lǐng)域第一個(gè)“吃螃蟹”的人。

1978年回國后，陳立泉建立了該領(lǐng)域的第一個(gè)固體離子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，從而繼續(xù)著與鋰電池有關(guān)的固體離子學(xué)及其在能源中應(yīng)用的基礎(chǔ)研究工作。

挽救動(dòng)力鋰電池的命運(yùn)

1987年，中國啟動(dòng)了863計(jì)劃。在儲(chǔ)能材料項(xiàng)目中，固態(tài)鋰電池被列為“七五”重點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目組下設(shè)12個(gè)課題組，陳立泉被選派擔(dān)任項(xiàng)目組總負(fù)責(zé)人。在此期間，陳立泉團(tuán)隊(duì)研究了固溶體離子導(dǎo)體、非晶態(tài)快離子導(dǎo)體、加成化合物離子導(dǎo)體、聚合物離子導(dǎo)體、復(fù)合離子導(dǎo)體等一系列材料。回顧當(dāng)時(shí)的歷史，陳立泉院士說：“當(dāng)年的基礎(chǔ)研究為我國目前成為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)大國作了知識(shí)儲(chǔ)備、技術(shù)儲(chǔ)備和人才儲(chǔ)備，為我國將來能成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)大國鋪平了道路”。

在努力進(jìn)行理論研究和推廣鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)聵I(yè)的同時(shí)，陳立泉又分別在1985年、1990年和1992年前往法國科研中心波爾多固體化學(xué)研究所、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和日本東京工業(yè)大學(xué)擔(dān)任了客座教授，極大的促進(jìn)了我國鋰同西方國家在鋰電池技術(shù)上的交流與合作。

而到了2000年，我國啟動(dòng)了“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)。當(dāng)時(shí)，鎳氫電池受到了電池研究科學(xué)家的寵愛而呼聲非常高，而鋰離子電池幾乎被排除在這一項(xiàng)目之外。這一現(xiàn)狀讓陳立泉非常不安和擔(dān)心。于是在2001年，陳立泉專門到上海拜訪了萬鋼教授。他誠摯地對(duì)時(shí)任863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)負(fù)責(zé)人萬鋼說：“希望能給鋰離子電池一個(gè)機(jī)會(huì)。”

在對(duì)我國鋰電池研究水平和能力做了充分的考察評(píng)估之后，萬鋼接受了陳立泉的意見，將動(dòng)力鋰離子電池納入電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)課題之內(nèi)。對(duì)于這一點(diǎn)，陳立泉至今記憶猶新：“非常感謝萬鋼。在當(dāng)時(shí)，這個(gè)機(jī)會(huì)太寶貴了。”

在汽車動(dòng)力鋰電池并不被看好的2001年，陳立泉敢于去爭取這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，既源于他內(nèi)心很大的勇氣，也源于他多年扎實(shí)的研究和對(duì)于車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的堅(jiān)定信心。

回顧這段經(jīng)歷時(shí)，陳立泉認(rèn)為，中科院和科技部支持的快離子導(dǎo)體和固態(tài)電池的研究為我國鋰離子電池的研究和生產(chǎn)提供了知識(shí)、技術(shù)、設(shè)備和人才。

在20世紀(jì)90年代，陳立泉團(tuán)隊(duì)不僅完成了固態(tài)鋰電池相關(guān)材料的研究，而且也研發(fā)出了電池充放電的設(shè)備。在“863”計(jì)劃項(xiàng)目的審查期間，展示了由固態(tài)鋰電池作為電源的收音機(jī)和錄音機(jī)。首個(gè)“863”項(xiàng)目的成果展覽陳列了一些使用自制的涂料繞線機(jī)和其他自制設(shè)備制備的固態(tài)電池。

親力親為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化

1997年9月，陳立泉以國產(chǎn)的技術(shù)設(shè)備和原材料為主，完成了中國首條鋰電池中試生產(chǎn)線。由于沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，在這條生產(chǎn)線上，陳立泉當(dāng)了一年多“工人”，什么臟活、累活他都要親自干。對(duì)于這段經(jīng)歷和歷史，陳立泉沒有任何怨言：“在此之前，我只有理論和實(shí)驗(yàn)室研究經(jīng)驗(yàn)，沒有實(shí)踐。而當(dāng)了一年多‘工人’，基本了解了鋰電池生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)要關(guān)注的問題，這對(duì)科研非常有幫助，讓我的研究更符合產(chǎn)業(yè)需求。”

1999年，陳立泉牽頭成立了北京星恒電源有限公司，實(shí)現(xiàn)了鋰電池產(chǎn)業(yè)化，陳立泉夢(mèng)想成真。同時(shí)這也標(biāo)志著 中國正式實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化。

2000年前后，陳立泉院士實(shí)驗(yàn)室相繼研究了鋰離子電池材料和電池技術(shù)、工程問題以及納米離子學(xué)，并將理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來。在此期間，他們依靠自制的設(shè)備、國產(chǎn)原材料和自己研發(fā)的技術(shù)，完成了第一條18650圓柱型鋰離子電池的測(cè)試生產(chǎn)線，年產(chǎn)量20萬支電池。

2003年，蘇州星恒電源有限公司成立，專門生產(chǎn)汽車動(dòng)力電池。2016年，以陳立泉院士為技術(shù)帶頭人，成立了北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司，專注于下一代固態(tài)鋰電池的研發(fā)與生產(chǎn)。

對(duì)學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)關(guān)系的認(rèn)識(shí)

陳院士積極推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)化，這和以論文為導(dǎo)向的科研院所的要求是不同的。30多年前，有一位物理所的老領(lǐng)導(dǎo)曾經(jīng)批評(píng)陳立泉是“腳踏兩條船”。但陳立泉堅(jiān)持認(rèn)為，產(chǎn)業(yè)和學(xué)科都非常重要，要依據(jù)中國的基本國情，不能完全照搬國外模式，要以國家的戰(zhàn)略需求為出發(fā)點(diǎn)，能源是國家的戰(zhàn)略需求，發(fā)展鋰電池對(duì)于我國擺脫對(duì)石油的過分依賴具有戰(zhàn)略意義。這并不是說不重視文章，高質(zhì)量的技術(shù)和高質(zhì)量的文章都不能少。

“好的文章不代表有好的技術(shù)，好的技術(shù)不代表有好的產(chǎn)品，好的產(chǎn)品不代表有好的市場。”這是陳立泉在參加鋰離子電池從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的全過程后的心得體會(huì)。陳院士認(rèn)為，從技術(shù)到產(chǎn)品，這樣一個(gè)過程要由企業(yè)來支持，同時(shí)要政府和企業(yè)共同投資，建立一個(gè)轉(zhuǎn)化平臺(tái)。對(duì)于較大型的企業(yè)，要樂于與研究院所建立聯(lián)合研發(fā)聯(lián)系，或成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化。目前，我國鋰電池企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，許多是急功近利，靠抄襲別人的產(chǎn)品來謀利，缺乏創(chuàng)新能力。陳院士說，一定要通過兼并重組，留下少數(shù)實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)，在國家和企業(yè)的共同努力下，支持自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)從“中國制造”到“中國智造”的轉(zhuǎn)變。

學(xué)生對(duì)陳院士的評(píng)價(jià)

陳立泉執(zhí)教數(shù)十春秋，曾擔(dān)任過國內(nèi)外近三十所科研院所的客座教授，桃李滿天下。現(xiàn)在，國內(nèi)幾乎所有重點(diǎn)高校電池材料系都有他的學(xué)生在任教，國內(nèi)外幾乎所有的知名電池企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都有他的學(xué)生就職。

陳院士的學(xué)生董明說：“在材料科學(xué)領(lǐng)域，陳院士是一個(gè)傳奇人物。他的傳奇性不在于他干的事情多么驚險(xiǎn)、刺激，而在于他40多年如一日，堅(jiān)守鋰電池材料科學(xué)研究，推動(dòng)了中國鋰電池材料行業(yè)發(fā)展，為中國鋰電池產(chǎn)業(yè)化做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。”

“在20世紀(jì)七八十年代，材料科學(xué)領(lǐng)域可研究的方向太多了，當(dāng)時(shí)鋰電池材料研究是冷門，前景也不明朗。陳老師選擇鋰電池材料作為主攻方向，既需要敏銳的眼光，也需要很大勇氣。此后，鋰電池有近10年時(shí)間被邊緣化，陳院士并沒有中途放棄，而是堅(jiān)持下來。在社會(huì)極其浮躁的當(dāng)下，陳院士鍥而不舍的精神顯得彌足珍貴。”

對(duì)中國鋰電池企業(yè)的建議

因?yàn)樾貞央妱?dòng)汽車大國的夢(mèng)想，陳院士非常關(guān)注鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展的最新趨勢(shì)，特別是全固態(tài)鋰電池追趕當(dāng)下廣泛應(yīng)用的液態(tài)鋰離子電池的進(jìn)程。他認(rèn)為，當(dāng)前鋰電池市場需求正快速擴(kuò)張，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，鋰電池技術(shù)世界格局已見雛形。美國寄希望于鋰硫、鋰空等下一代高比能量二次鋰電池，同時(shí)希望在下一代鋰電池硅基負(fù)極和層狀多元過渡金屬氧化物材料領(lǐng)域取得突破。而日本、韓國的鋰電產(chǎn)業(yè)由于技術(shù)領(lǐng)先、知識(shí)產(chǎn)權(quán)積累深厚，在保持優(yōu)勢(shì)的同時(shí)在不斷開拓創(chuàng)新。

相比之下，中國鋰電產(chǎn)業(yè)雖然經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了完整產(chǎn)業(yè)鏈，但在高端電池、自主裝備及對(duì)下一代電池技術(shù)的把控上，尚與歐美日韓存在一定差距。在國家大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)、動(dòng)力電池快速放量之際，中國鋰電池企業(yè)如何行動(dòng)，關(guān)乎生死。 

為此，陳立泉建議：“鋰電池企業(yè)應(yīng)盡快與研究單位和原材料企業(yè)合作，解決應(yīng)用新的電池材料及電池體系的科學(xué)技術(shù)和工程問題，在短期內(nèi)生產(chǎn)出高能量密度的合格電池產(chǎn)品。同時(shí)還要打破對(duì)國外裝備和技術(shù)的迷信，要加強(qiáng)對(duì)國內(nèi)設(shè)備制造公司的支持力度，引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新，或者組織工程技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)和工程創(chuàng)新，盡快用先進(jìn)國產(chǎn)設(shè)備武裝鋰電企業(yè)，增加我國鋰電產(chǎn)品的國際競爭力。” 

下一代電池是固態(tài)鋰電池

早在五年前，陳立泉院士就提出一個(gè)觀點(diǎn)：固態(tài)電池要用5年時(shí)間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，也就是2020年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在近期接受采訪中，陳院士依然認(rèn)為固態(tài)電池在2020年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可能性是非常高的。目前國內(nèi)成立的幾家正在沖刺產(chǎn)業(yè)化的固態(tài)電池企業(yè)，陳院士表示都有所了解，同時(shí)他認(rèn)為目前固態(tài)電池正處于產(chǎn)業(yè)化的初期階段。他還特別提到：“下一代鋰電池應(yīng)是全固態(tài)鋰電池。要從材料研究、生產(chǎn)到應(yīng)用，再到電芯設(shè)計(jì)、制造以及設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化，縮短研發(fā)周期，爭取5年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”同時(shí)，他進(jìn)一步指出：“如果我們將全固態(tài)鋰電池問題攻克了，再去做鋰硫、鋰空電池，相關(guān)技術(shù)難題就會(huì)迎刃而解。” 

在陳院士看來，雖然現(xiàn)在是多種電池并舉的情況，且都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但未來一定是固態(tài)電池的天下。從現(xiàn)狀來看，日本、韓國以及歐美國家都在制定戰(zhàn)略支持發(fā)展固態(tài)電池，若要在未來固態(tài)電池市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，形勢(shì)刻不容緩。

陳院士認(rèn)為，提前布局固態(tài)電池不僅是中期考慮，也是為更長期的發(fā)展戰(zhàn)略考慮。從中期來看，鋰離子電池的安全性和能量密度問題是亟須要解決的，固態(tài)鋰電池有望是解決這兩大難題的終極方案；從更長期的發(fā)展戰(zhàn)略考慮，未來的鋰/硫電池和鋰空氣電池采用固體電解質(zhì)有望解決金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定性難題。

總而言之，固態(tài)鋰電池是未來可再充電池技術(shù)的核心，陳院士認(rèn)為，抓住第一機(jī)會(huì)才能掌握主動(dòng)權(quán)，之前我們很大程度上在跟隨國外的發(fā)展，但是如果我們較早地開始固態(tài)鋰電池的研究，那么我們將會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

40年來我國在固態(tài)鋰電池研究方面的積累為今天固態(tài)鋰電池的研究和產(chǎn)業(yè)化提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。陳立泉院士認(rèn)為，目前是我們實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池領(lǐng)跑的難得機(jī)遇。這一目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，在很大程度上依賴于政府主管部門的大力支持，也依賴于廣大科技工作者和工程技術(shù)人員通力合作，去解決一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程技術(shù)問題，同時(shí)也特別希望資本運(yùn)營企業(yè)能夠把固態(tài)電池這一類國家急需的技術(shù)作為新的投資方向，使研究成果更快產(chǎn)業(yè)化。

陳立泉 院士

陳立泉（1940年3月29日-），出生于四川省南充市。著名功能材料學(xué)家，中國工程院院士。1964年畢業(yè)于中國科技大學(xué)技術(shù)物理系，同年到中國科學(xué)院物理研究所工作至今。曾任亞洲固體離子學(xué)會(huì)副主席，中國材料研究學(xué)會(huì)副理事長，2004年至今任中國硅酸鹽學(xué)會(huì)副理事長。 

主要從事鋰電池及相關(guān)材料研究，在中國首先研制成功鋰離子電池，解決了鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)的科學(xué)、技術(shù)與工程問題，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。近年來，開展了全固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、室溫鈉離子電池等研究，為開發(fā)下一代動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池奠定了基礎(chǔ)。曾獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中科院科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)，2007年獲國際電池材料協(xié)會(huì)終身成就獎(jiǎng)。?2001年當(dāng)選為中國工程院院士。

文章來源：鋰電前沿

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