不久前，特斯拉申請了一項名為“鎳鈷鋁（NCA）電極合成方法”的專利，據稱采用該電極的電池在生命周期內可以充放電4000次，電池的壽命也有望超過160萬公里。

　　當記者將這條消息轉發給中國科學院物理研究所（以下簡稱物理所）研究員李泓時，他的回答是：“這是個概念，國內實驗室和國內產品應該也能實現，只是商業應用還需時日。”在物理所，李泓的主要研究方向是鋰離子電池電極與電解質材料以及固體離子學相關基礎科學問題。

　　如今李泓有了第二個身份：溧陽天目先導電池材料科技有限公司技術帶頭人。在這個角色中，他致力于納米硅碳負極材料的規模化生產和應用。

　　用硅碳做負極行不行？ 

　　當前，鋰離子電池因其優異的性能，已經在純電動汽車、混合動力汽車以及儲能等領域廣泛應用。李泓向《中國科學報》介紹說，目前商業化的鋰離子電池主要是以石墨為負極材料，他的目標則是“硅碳”。

　　為什么選擇硅碳作為負極材料？李泓解釋道，硅材料的質量比容量最高可達4200mAh/g，遠大于石墨的372mAh/g，是目前已知能用于負極材料理論比容最高的材料。

　　近年來，各個領域對電池能量密度的需求遞增，迫切需要開發出更高能量密度的鋰離子電池，所以硅碳負極材料是未來負極材料的發展方向。

　　然而，硅碳負極材料也存在一些使用問題，比如，體積膨脹導致的循環壽命、安全問題，以及隨之而來的制備、成本的問題。

　　李泓介紹，在充放電過程中，硅的體積膨脹會達到300%，不斷的收縮膨脹會造成硅碳負極材料的粉末化，嚴重影響電池壽命。硅的膨脹會在電池內部產生巨大的應力，這種應力會對極片造成擠壓，從而出現極片斷裂；還會造成電池內部孔隙率降低，促使金屬鋰析出，影響電池的安全性。

　　實驗數據顯示，要想取得硅碳負極材料比較理想的電化學性能，材料中的硅顆粒粒徑不能超過200～300納米。但是在比表面、粒徑分布、雜質以及表面鈍化層厚度等關鍵指標上技術壁壘都很高，國內廠家目前還達不到，而外購納米硅粉成本極高。

　　要實現目標，李泓必須帶領團隊解決這些問題。

　　具備先天技術優勢 

　　李泓團隊是從1996年開始研發高能量密度鋰離子電池硅碳負極材料的。在技術研發過程中，團隊遇到的最大困難是，硅負極在嵌鋰過程中存在巨大的體積膨脹，這一定程度上限制了其在生產實際中的規模化應用。

　　李泓介紹說：“后來我們通過硅材料的納米化技術以及硅碳復合結構的優化設計解決了這一問題。”

　　物理所是國內鋰離子電池技術的發源地。中國工程院院士陳立泉對鋰離子電池的研究和產業化做出了重要貢獻。20世紀70年代末，陳立泉留學德國馬普學會固體所時發現，有很多同事在研究將氮化鋰作為電解質使用在電池中，隨后他也加入其中，并被鋰離子電池深深吸引。

　　在陳立泉的帶領下，物理所作為全球最早開展鋰離子電池納米材料研究的研究單位，在世界上首次提出鋰離子電池納米硅負極材料，并獲得系列材料發明專利的授權。

　　“開展長續航鋰電池的研究，我們有先天的技術優勢。”李泓自豪地說，“另外，物理所的科研資源、經費支持，是我們的項目能逐漸成熟的重要保證。”

　　“在實驗室里，我更多的時候是在思考如何解決科學技術的前沿問題，或者指導我的研究生們如何將某個實驗的細節優化，發表一些有影響力的文章。”李泓發現，自己不知不覺就走到了產業化的大門前，“盡管我們還沒有準備好，但從中科院到物理所再到地方企業和政府，都在為我們的成果轉化搭建落地的通道”。

　　先導專項成果落地 

　　李泓是中科院A類先導專項“變革性納米產業制造技術聚焦”中長續航動力鋰電池項目的首席科學家，負責研制第三代鋰電池——高能量密度的負極材料以硅取代石墨的電池。

　　2017年5月，溧陽天目先導電池材料科技有限公司成立。李泓回憶道，溧陽市政府在2016年就開始四處尋找新能源電動汽車項目，當年我們的先導項目正在江西紫宸做中試放大。

　　“早在2013年我們就有了產業化的想法，當年我們在實驗室已經完成了10公斤的小試，正在四處尋找中試的合作企業。”李泓告訴《中國科學報》，“江西紫宸拿出了獨立的300平方米車間供我們使用，并且不干涉具體研發工作，就這樣我們的中試做到了100公斤。”

　　然而后來由于發展的需要，雙方不得不分道揚鑣，于是就有了溧陽天目先導電池材料科技有限公司。這時候，李泓又多了一個身份——企業的管理者，“這需要我去思考公司的運營、市場的推廣、人才的引入培養等”。

　　李泓還記得，公司成立初期產品類型較少，產能大概是2000噸/年，批量出貨的客戶當時還不多。經過近3年的發展壯大，產品類型逐漸多元化，產能也進一步擴大到8000噸/年，并且建立了自己的銷售網絡，有了穩定的客戶源和出貨量。

　　從實驗室到市場的推廣過程中，李泓團隊也遇到過一些困難，其中讓他印象深刻的是批量制備納米硅前驅體，其最大的難點在于保證硅顆粒粒度足夠小，同時又要做好納米材料的分散。

　　“這一點在實驗室是容易實現的，但在產業化的大型設備上則存在困難。”李泓說，后來他們通過在產業化設備上的大量DOE（正交）實驗，從研磨工藝、分散環境等多個角度持續優化，才最終讓這款材料優先在圓柱電芯中批量使用起來。

　　李泓最后表示：“成果轉化中的艱辛一言難盡，這里還需要感謝弘光專項對我們的支持，讓我們順利實現技術成果落地和發展。”