鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1144次 | 2018年12月07日
四十余載鋰電研發(fā)之路
陳立泉院士是我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)路面上奔跑的汽車將多是電動(dòng)汽車。
我國(guó)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(zhēng)時(shí)期。早在1958年,清華大學(xué)就成功研制出新中國(guó)第一款電動(dòng)汽車;1970年,我國(guó)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(guó)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(guó)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?!?/p>
與鋰電池的不解之緣
1964年,陳立泉畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)技術(shù)物理系。同年被分配到中國(guó)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Li3N。此時(shí),陳立泉敏感地意識(shí)到超離子導(dǎo)體將對(duì)中國(guó)乃至世界產(chǎn)生重大影響。于是他便果斷向國(guó)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)遞交申請(qǐng):由原先的晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)鋰電領(lǐng)域第一個(gè)“吃螃蟹”的人。
1978年回國(guó)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。
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%
挽救動(dòng)力鋰電池的命運(yùn)
1987年,中國(guó)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。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(guó)目前成為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)大國(guó)作了知識(shí)儲(chǔ)備、技術(shù)儲(chǔ)備和人才儲(chǔ)備,為我國(guó)將來能成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)大國(guó)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(guó)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(guó)鋰同西方國(guó)家在鋰電池技術(shù)上的交流與合作。
而到了2000年,我國(guó)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(chéng)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)?!?/p>
在對(duì)我國(guó)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?!?/p>
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
在汽車動(dòng)力鋰電池并不被看好的2001年,陳立泉敢于去爭(zhēng)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。
親力親為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化
1997年9月,陳立泉以國(guó)產(chǎn)的技術(shù)設(shè)備和原材料為主,完成了中國(guó)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?!?/p>
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。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(guó)的基本國(guó)情,不能完全照搬國(guó)外模式,要以國(guó)家的戰(zhàn)略需求為出發(fā)點(diǎn),能源是國(guó)家的戰(zhàn)略需求,發(fā)展鋰電池對(duì)于我國(guó)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(chǎng)?!边@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(guó)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(guó)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(guó)制造”到“中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)鋰電池材料行業(yè)發(fā)展,為中國(guó)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(guó)鋰電池企業(yè)的建議
因?yàn)樾貞央妱?dòng)汽車大國(guó)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(chǎng)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外裝備和技術(shù)的迷信,要加強(qiáng)對(duì)國(guó)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(guó)產(chǎn)設(shè)備武裝鋰電企業(yè),增加我國(guó)鋰電產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。”
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(zhēng)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?!?/p>
陳院士的電動(dòng)汽車大國(guó)夢(mèng)
陳院士的電動(dòng)汽車大國(guó)夢(mèng),包括以下幾個(gè)步驟:2020年,電動(dòng)汽車保有量1000萬~1500萬輛(我國(guó)汽車保有量將達(dá)到1.4億輛,電動(dòng)汽車約占7%~10%);2030年,全部新增汽車為新能源汽車;2050年,全部運(yùn)行汽車為新能源汽車。他對(duì)記者說:“這絕不是憑空說大話,我有自己的論據(jù),就是正在研究的新材料,不過暫時(shí)不便透露。不久的將來,你們就會(huì)知道。”
他還進(jìn)一步指出了中國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車具有三大優(yōu)勢(shì):首先,我們的鋰資源比較豐富;其次,技術(shù)優(yōu)勢(shì)上,我們從上世紀(jì)90年代初就開始電動(dòng)汽車的研制,跟西方發(fā)達(dá)國(guó)家是在同一個(gè)起跑線上。同時(shí),電動(dòng)汽車是用稀土材料來做電機(jī),我國(guó)稀土的合金在世界上是產(chǎn)量第一的;第三是市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),中國(guó)人對(duì)汽車的需求主要是一種出行時(shí)候的代步工具,不像一些歐美的家庭習(xí)慣于講舒適、開大車。這是對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展非常有利的市場(chǎng)環(huán)境。
可以期待,電動(dòng)汽車將繼高鐵之后,走向世界。相信到2050年的中國(guó),必定會(huì)天更藍(lán)、路更闊。陳立泉院士的電動(dòng)汽車大國(guó)夢(mèng),也就是我國(guó)廣大青少年殷切期待的美好未來
陳立泉院士小傳
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(guó)工程院院士。1964年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)技術(shù)物理系,同年到中國(guó)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(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng),2004年至今任中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。
主要從事鋰電池及相關(guān)材料研究,在中國(guó)首先研制成功鋰離子電池,解決了鋰離子電池規(guī)?;a(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(guó)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(guó)際電池材料協(xié)會(huì)終身成就獎(jiǎng)。2001年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。
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