固态电池技术带头人陈立泉院士:四十余载锂电研发之路
发布时间:2018-12-06 17:12:00
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陈立泉院士是我国首位锂电池材料领域的院士。他曾是物理所高温超导材料研究的负责人,首次发现了70K超导迹象,研制出世界领先水平的高温超导材料。1997年9月,他首先完成了我国第一条锂离子电池中试生产线,解决了锂离子电池规模化生产过程遇到的技术和工程问题,实现了锂离子电池的产业化。协助建成了全世界最大的聚合物锂电池厂,是推动我国锂离子电池行业的重要的开创者和推动者。他曾预言到2050年中国路面上奔跑的汽车将多是电动汽车。


  视频来源:科普中国


我国电动汽车的研究,最早可追溯到20世纪40年代的抗日战争时期。早在1958年,清华大学就成功研制出新中国第一款电动汽车;1970年,我国又组织了研发钠硫电池电动汽车会战; 在1975年,我国研发的可乘坐4人的电动汽车成功完成了从上海静安寺到嘉定区的路演。陈立泉院士认为:“可以看出,我国电动汽车有着得天独厚的开发历史和良好传统,我们应该传承下去。”


与锂电池的不解之缘


1964年,陈立泉毕业于中国科学技术大学技术物理系。同年被分配到中国科学院物理研究所从事晶体材料方面的研究工作。1976年12月,陈立泉被中科院派遣到西德马普协会固体所进行进修。 在马普协会固体所,他首次接触到可以做固态锂电池的超离子导体材料Li3N。此时,陈立泉敏感地意识到超离子导体将对中国乃至世界产生重大影响。 于是他便果断向国内领导递交申请:由原先的晶体生长研究方向,转行去做超离子导体研究。幸运的是,这个申请很快得到所领导批准并得到导师同意,于是,陈立泉花了5个月完成了导师交给他的生长晶体研究任务,马上转行去从事超离子导体研究。这一研究,他便与锂电池结下了大半生的不解之缘,成为中国锂电领域第一个“吃螃蟹”的人。


1978年回国后,陈立泉建立了该领域的第一个固体离子学实验室,从而继续着与锂电池有关的固体离子学及其在能源中应用的基础研究工作。


挽救动力锂电池的命运


1987年,中国启动了863计划。在储能材料项目中,固态锂电池被列为“七五”重点项目。该项目组下设12个课题组,陈立泉被选派担任项目组总负责人。回顾当时的历史,陈立泉院士说:“当年的基础研究为我国目前成为锂离子电池产业大国作了知识储备、技术储备和人才储备,为我国将来能成为电动汽车产业大国铺平了道路”。


在努力进行理论研究和推广锂电池产业链事业的同时,陈立泉又分别在1985年、1990年和1992年前往法国科研中心波尔多固体化学研究所、荷兰代尔夫特理工大学和日本东京工业大学担任了客座教授,极大的促进了我国锂同西方国家在锂电池技术上的交流与合作。


而到了2000年,我国启动了“十五”863计划电动汽车重大专项。当时,镍氢电池受到了电池研究科学家的宠爱而呼声非常高,而锂离子电池几乎被排除在这一项目之外。这一现状让陈立泉非常不安和担心。于是在2001年,陈立泉专门到上海拜访了万钢教授。他诚挚地对时任863计划电动汽车重大专项负责人万钢说:“希望能给锂离子电池一个机会。”


在对我国锂电池研究水平和能力做了充分的考察评估之后,万钢接受了陈立泉的意见,将动力锂离子电池纳入电动汽车重大专项课题之内。对于这一点,陈立泉至今记忆犹新:“非常感谢万钢。在当时,这个机会太宝贵了。”


在汽车动力锂电池并不被看好的2001年,陈立泉敢于去争取这样一个机会,既源于他内心很大的勇气,也源于他多年扎实的研究和对于车用锂离子电池产业化的坚定信心。


亲力亲为推动产业化


1997年9月,陈立泉以国产的技术设备和原材料为主,完成了中国首条锂电池中试生产线。由于没有现成的经验可借鉴,在这条生产线上,陈立泉当了一年多“工人”,什么脏活、累活他都要亲自干。对于这段经历和历史,陈立泉没有任何怨言:“在此之前,我只有理论和实验室研究经验,没有实践。而当了一年多‘工人’,基本了解了锂电池生产的每一个环节要关注的问题,这对科研非常有帮助,让我的研究更符合产业需求。”


1999年,陈立泉牵头成立了北京星恒电源有限公司,实现了锂电池产业化,陈立泉梦想成真。2003年,苏州星恒电源有限公司成立,专门生产汽车动力电池。2016年,以陈立泉院士为技术带头人,成立了北京卫蓝新能源科技有限公司,专注于下一代固态锂电池的研发与生产。


对学术与产业关系的认识


陈院士积极推动锂电池产业化,这和以论文为导向的科研院所的要求是不同的。30多年前,有一位物理所的老领导曾经批评陈立泉是“脚踏两条船”。但陈立泉坚持认为,产业和学科都非常重要,要依据中国的基本国情,不能完全照搬国外模式,要以国家的战略需求为出发点,能源是国家的战略需求,发展锂电池对于我国摆脱对石油的过分依赖具有战略意义。这并不是说不重视文章,高质量的技术和高质量的文章都不能少。


“好的文章不代表有好的技术,好的技术不代表有好的产品,好的产品不代表有好的市场。”这是陈立泉在参加锂离子电池从基础研究到产业化的全过程后的心得体会。陈院士认为,从技术到产品,这样一个过程要由企业来支持,同时要政府和企业共同投资,建立一个转化平台。对于较大型的企业,要乐于与研究院所建立联合研发联系,或成立联合实验室实现技术成果的转化。目前,我国锂电池企业多达数千家,许多是急功近利,靠抄袭别人的产品来谋利,缺乏创新能力。陈院士说,一定要通过兼并重组,留下少数实力较强的企业,在国家和企业的共同努力下,支持自主创新,实现从“中国制造”到“中国智造”的转变。


学生对陈院士的评价


陈立泉执教数十春秋,曾担任过国内外近三十所科研院所的客座教授,桃李满天下。现在,国内几乎所有重点高校电池材料系都有他的学生在任教,国内外几乎所有的知名电池企业和科研机构都有他的学生就职。


陈院士的学生董明说:“在材料科学领域,陈院士是一个传奇人物。他的传奇性不在于他干的事情多么惊险、刺激,而在于他40多年如一日,坚守锂电池材料科学研究,推动了中国锂电池材料行业发展,为中国锂电池产业化做出了不可磨灭的贡献。”


“在20世纪七八十年代,材料科学领域可研究的方向太多了,当时锂电池材料研究是冷门,前景也不明朗。陈老师选择锂电池材料作为主攻方向,既需要敏锐的眼光,也需要很大勇气。此后,锂电池有近10年时间被边缘化,陈院士并没有中途放弃,而是坚持下来。在社会极其浮躁的当下,陈院士锲而不舍的精神显得弥足珍贵。”


对中国锂电池企业的建议


因为胸怀电动汽车大国的梦想,陈院士非常关注锂离子电池领域发展的最新趋势,特别是全固态锂电池追赶当下广泛应用的液态锂离子电池的进程。他认为,当前锂电池市场需求正快速扩张,科学技术发展日新月异,锂电池技术世界格局已见雏形。美国寄希望于锂硫、锂空等下一代高比能量二次锂电池,同时希望在下一代锂电池硅基负极和层状多元过渡金属氧化物材料领域取得突破。而日本、韩国的锂电产业由于技术领先、知识产权积累深厚,在保持优势的同时在不断开拓创新。 


相比之下,中国锂电产业虽然经过十多年的发展,目前已经形成了完整产业链,但在高端电池、自主装备及对下一代电池技术的把控上,尚与欧美日韩存在一定差距。在国家大力发展新能源汽车产业、动力电池快速放量之际,中国锂电池企业如何行动,关乎生死。  


为此,陈立泉建议:“锂电池企业应尽快与研究单位和原材料企业合作,解决应用新的电池材料及电池体系的科学技术和工程问题,在短期内生产出高能量密度的合格电池产品。同时还要打破对国外装备和技术的迷信,要加强对国内设备制造公司的支持力度,引进、消化吸收、再创新,或者组织工程技术人员进行技术和工程创新,尽快用先进国产设备武装锂电企业,增加我国锂电产品的国际竞争力。” 


他还特别提到:“下一代锂电池应是全固态锂电池。要从材料研究、生产到应用,再到电芯设计、制造以及设备全产业链数字化,缩短研发周期,争取5年实现产业化。”同时,他进一步指出:“如果我们将全固态锂电池问题攻克了,再去做锂硫、锂空电池,相关技术难题就会迎刃而解。” 


陈院士的电动汽车大国梦


陈院士的电动汽车大国梦,包括以下几个步骤:2020年,电动汽车保有量1000万~1500万辆(我国汽车保有量将达到1.4亿辆,电动汽车约占7%~10%);2030年,全部新增汽车为新能源汽车;2050年,全部运行汽车为新能源汽车。他对记者说:“这绝不是凭空说大话,我有自己的论据,就是正在研究的新材料,不过暂时不便透露。不久的将来,你们就会知道。”


他还进一步指出了中国发展电动汽车具有三大优势:首先,我们的锂资源比较丰富;其次,技术优势上,我们从上世纪90年代初就开始电动汽车的研制,跟西方发达国家是在同一个起跑线上。同时,电动汽车是用稀土材料来做电机,我国稀土的合金在世界上是产量第一的;第三是市场优势,中国人对汽车的需求主要是一种出行时候的代步工具,不像一些欧美的家庭习惯于讲舒适、开大车。这是对电动汽车发展非常有利的市场环境。


可以期待,电动汽车将继高铁之后,走向世界。 相信到2050年的中国,必定会天更蓝、路更阔。陈立泉院士的电动汽车大国梦,也就是我国广大青少年殷切期待的美好未来


陈立泉院士小传 


陈立泉(1940年3月29日-),出生于四川省南充市。著名功能材料学家,中国工程院院士。1964年毕业于中国科技大学技术物理系,同年到中国科学院物理研究所工作至今。曾任亚洲固体离子学会副主席,中国材料研究学会副理事长,2004年至今任中国硅酸盐学会副理事长。 


主要从事锂电池及相关材料研究,在中国首先研制成功锂离子电池,解决了锂离子电池规模化生产的科学、技术与工程问题,实现了锂离子电池的产业化。近年来,开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池等研究,为开发下一代动力电池和储能电池奠定了基础。曾获国家自然科学奖一等奖、中科院科技进步奖特等奖和二等奖,2007年获国际电池材料协会终身成就奖。2001年当选为中国工程院院士。


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