中国锂电池“突围记”

作者: 韩扬眉, 刘如楠

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-06-13

中国锂电池的发展历程,特别是固态锂电池的研究与突破,展示了中国在电动汽车领域的技术进步和国际竞争力。陈立泉团队的努力使得中国锂电池从无到有,从跟跑到领跑,成为全球锂电池市场的重要参与者。

锂电池是电动汽车的关键部件。在世界汽车大国你追我赶、逐鹿新能源车的今天,得锂电池者得天下。2023年6月,一块由我国自主研发、能量密度每公克360瓦时的固态锂电池正式交付给电动汽车的龙头企业,在业内引发热议。这一进展标志着中国在电动汽车大国的道路上又迈出了重要一步,被认为是全球电动汽车行业的重要里程碑。

鲜为人知的是,到达这一“里程碑”之前,中国科学院物理研究所(以下简称物理所)科研团队已经在锂电池领域潜心耕耘40余年。40多年前的中国,自行车都还未普及,汽车对普通人而言更是可望而不可即的奢侈品。由中国工程院院士、物理所研究员陈立泉带领的团队见微知著,意识到固态锂电池的重要性,并前瞻性地进行布局,历经艰难曲折,终于推动中国锂电池工业实现了从无到有、从跟跑到领跑的历史性跨越。

岁月悠悠、青春不再,如今84岁的陈立泉梦想依旧:未来的中国天更蓝、路更宽,电动汽车飞驰在大街小巷。“我们的目标一定会达到。”面容清瘦的他目光坚定、自信满满。

故事从“转行”开始。“我想转向研究超离子导体。目前整个马克斯·普朗克固体化学物理研究所几乎都在研究氮化锂(Li3N),据说可用来制造汽车的动力电池。

”1976年末,正在德国马克斯·普朗克固体化学物理研究所(以下简称马普固体所)访学的陈立泉给物理所领导写了一封信,申请改变研究方向——从晶体生长转向固态离子学。“同意!前提是要完成导师交代的晶体生长任务。”物理所领导很快回复。这个决定,让历史的航船转变了航向。

在马普固体所,陈立泉了解到,氮化锂是一种超离子导体,可以用来制备固态锂电池。用氮化锂制造的固态电池能量密度远远高于铅酸电池,未来有可能应用在电动汽车上。因此,深入理解、研究这一材料极为重要。当时,世界正经历石油危机,不仅西方社会陷入二战后最为严重的经济衰退,我国也不得不大量进口石油、填补需求缺口。这更让陈立泉认识到,替代石油的能源革命一定会到来,研发固态锂电池是大势所趋。

转方向申请得到批准后,他仅用5个月的时间就完成了原计划一年的晶体生长任务,之后一头扎进固态离子学领域,研究超离子导体。1978年,法国科学家米歇尔·阿曼德首次报道了固态金属锂电池的研究成果。同年,陈立泉返回中国。两年后,在物理所大力支持下,国内首个固态离子学实验室宣告成立,陈立泉正式开启固态离子学的相关基础研究,向着最终目标——固态锂电池进发。

此后,中国科学院连续三个五年计划都将固态离子学和锂电池列为重点或重大项目,为这项研究提供了基础保障。1987年,我国启动“863”计划“七五”储能材料(聚合物锂电池)项目,由陈立泉担任总负责人,下设12个课题组。忆昔抚今,陈立泉很是欣慰:“目前我国很多企业都在生产锂电池,所使用的技术主要就是由这12个课题组的科研成果转化而来的。

”1988年,第一批固态锂电池在实验室诞生,但其距离商业化应用还非常遥远,中国锂电池未来的道路依然布满荆棘。

进入20世纪90年代,锂电行业风云变幻。研发前景不明,到底谁能来做中国锂电池的“领航者”?陈立泉团队用行动扛起了旗帜。1991年,日本索尼公司宣布(液态)锂离子电池实现商业化。“固态锂电池使用金属锂作为负极材料,而锂离子电池将锂以离子的形式藏在碳材料里,更加安全——这是二者的最大区别。”物理所研究员黄学杰说。他们先“放下”了还不成熟的固态锂电池,转而研发锂离子电池。

1993年,经费接续不上,陈立泉心急如焚地找到中国科学院领导求援:“锂离子电池非常重要,锂电池将由此复活。”中国科学院给予了最大限度的支持,但研究经费依然不够。陈立泉又找到一位敢于冒险的企业家才补足缺口,立即开始研发锂离子电池。1995年,中国第一块A型锂离子电池在物理所诞生。

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