尺方之間，為中國做出更好的綠色電池
發(fā)布日期：2021-06-30 供稿：韓姍杉、王征 攝影：材料學(xué)院
編輯：吳楠 審核：藺偉 閱讀次數(shù)：【編者按】2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年，是實施“十四五”規(guī)劃、開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程的第一年。在全黨開展黨史學(xué)習(xí)教育之際，黨委宣傳部特別推出“永遠跟黨走、奮進新征程”專題報道，全面展現(xiàn)學(xué)校加強黨的領(lǐng)導(dǎo)黨的建設(shè)取得的成績，生動講好北理工人的奮斗故事，廣泛凝聚學(xué)校事業(yè)發(fā)展的磅礴力量，以優(yōu)異成績迎接中國共產(chǎn)黨百年華誕。
桌子上、窗臺上、書柜里，到處堆滿了書籍和資料，北京理工大學(xué)5號樓9層的一間辦公室，處處彰顯著主人的忙碌與付出，而辦公室的主人就是中國工程院院士、北理工材料學(xué)院首席教授、求是書院院長吳鋒。這位被同事和學(xué)生評價“很低調(diào)”的老師，在中國電池領(lǐng)域卻是一位響當(dāng)當(dāng)?shù)念I(lǐng)軍人物，為中國綠色二次電池和新能源材料的發(fā)展做出了卓越貢獻。
“國家的需要永遠都是第一位的！”多年來，心懷“國之大者”，矢志科技強國，打破國外封鎖，吳鋒立志做最好的“綠色電池”。他創(chuàng)新突破，領(lǐng)跑新能源行業(yè)發(fā)展；他愛生如子，培育桃李芬芳。吳鋒作為第一完成人，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎各1項，獲省部級科技獎12項，何梁何利科學(xué)與技術(shù)進步獎，2021年獲評北京市優(yōu)秀共產(chǎn)黨員。
突破！為中國擁有自己的“綠色電池”
要問吳鋒在絢爛繽紛的色彩中最偏愛哪一種顏色，他的回答肯定是綠色，而這一情結(jié)的由來，可以追溯到1987年。這一年，作為優(yōu)秀中青年專家和跨世紀(jì)人才，吳鋒被聘為國家“863”計劃首屆功能材料組最年輕的專家。從此，“公正、獻身、創(chuàng)新、求實、協(xié)作”的“863”精神便一直激勵和指引他一路前行。
在化學(xué)電源領(lǐng)域，鎳氫電池、鋰離子電池因其可反復(fù)充電使用，環(huán)保清潔，且性能優(yōu)越，被稱之為綠色二次電池，是混合動力汽車的主力電源之一。上世紀(jì)九十年代初，日本、美國等國家已擁有儲氫合金的多項專利，幾乎覆蓋了元素周期表上所有元素，鎳氫電池也已進入規(guī)模化生產(chǎn)，而我國則一無專利、二無材料、三無電池產(chǎn)品。
“如何打破國外在此領(lǐng)域的專利壟斷？”回答這個問題并不簡單，這需要創(chuàng)新突破，更需要久久為功。經(jīng)過多年的探索，吳鋒帶領(lǐng)團隊從國外專利沒有涉及的鋰元素入手，解決了高溫熔煉工藝中鋰容易揮發(fā)的難題，發(fā)明了含鋰儲氫合金，取得了我國鎳氫電池開拓國際市場的通行證。此外，吳鋒團隊還開發(fā)出高性能金屬泡沫集流體，為電池高容量和電極制造連續(xù)化提供了材料支持。
在此基礎(chǔ)上，吳鋒主持創(chuàng)建了我國第一個鎳氫電池中試基地和第一條鎳氫電池連續(xù)自動化生產(chǎn)線，自主研發(fā)生產(chǎn)出多規(guī)格鎳氫電池產(chǎn)品和系列高功率動力電池組，成功應(yīng)用于多種混合動力汽車。中試基地的成功建設(shè)也為我國鋰離子電池的快速發(fā)展提供了知識儲備、技術(shù)儲備、工程儲備和人才儲備。
“我們提出了直封化成新工藝，結(jié)束了我國堿性二次電池間斷式敞口化成，作坊式制造的歷史。”吳鋒談道。為滿足混合動力汽車的高功率需求，吳鋒還突破了原有的設(shè)計局限，設(shè)計出新的電極結(jié)構(gòu)和極耳連接方式，將鎳氫電池的功率密度提高了5倍以上。
“電池容量、功率密度等一些性能指標(biāo)達到國際領(lǐng)先水平。帶動并促進形成了年產(chǎn)值超過百億元的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，推動了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步。”行業(yè)專家、國家科委等部門負責(zé)人對吳鋒的研究成果及中試基地的創(chuàng)建給予了高度肯定。
鎳氫自動生產(chǎn)線
成功研制出鎳氫電池后，吳鋒又將研究方向聚焦到了前景更為廣闊的鋰離子電池及其關(guān)鍵材料上。作為我國鋰離子電池研究最早的倡導(dǎo)者和組織者之一，吳鋒帶領(lǐng)團隊為實現(xiàn)新一代鋰離子電池的高比能要求，在納米尖晶石包覆等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破，獲得容量和倍率性能上的雙重改善，得到國際同行專家的高度關(guān)注和好評。
自主研發(fā)高比容正、負極和高電壓電解質(zhì)材料，研制出能量密度超過300Wh/kg的高比能鋰離子電池，率先提出電池系統(tǒng)安全閾值邊界的概念，開發(fā)出電池安全運行系統(tǒng)……在鋰離子電池研究中，吳鋒提出了一系列創(chuàng)新思路，形成了一系列創(chuàng)新成果。這些“創(chuàng)新技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平”的創(chuàng)新成果，部分已成功應(yīng)用于我國綠色電池產(chǎn)業(yè)。
“要搞好中國的綠色電池，必須首先在基礎(chǔ)研究方面實現(xiàn)突破，特別是針對二次電池能量密度這一關(guān)鍵指標(biāo)。”基于在新型二次電池及關(guān)鍵材料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面多年的積累，吳鋒在國際上率先提出采用多電子反應(yīng)體系來實現(xiàn)電池能量密度跨越式提升的創(chuàng)新思路，進而又提出輕元素、多電子、多離子反應(yīng)理論，拓展了電池材料研究的視野，發(fā)展了一系列具有多電子反應(yīng)特征的電極新材料。不僅如此，吳鋒團隊還制備出了可以實現(xiàn)多電子反應(yīng)的高比容硫基復(fù)合正極材料和能量密度超過600Wh/kg的高比能鋰硫二次電池，并首次證實了3價鋁金屬氧化物中的可逆嵌脫機制，構(gòu)建出新型3電子鋁二次電池體系，為引領(lǐng)新型高比能電池體系提供了理論依據(jù)與技術(shù)支持。
“在吳老師的帶領(lǐng)下，我們團隊在二次電池基礎(chǔ)研究上的突破，直接影響了國際二次電池研究領(lǐng)域未來的研究方向。”團隊骨干教師陳人杰教授說。
心懷“國之大者”，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略
“綠色和能源，伴隨著生命，在那靜靜的綠色里，孕育著生命的潛能！……當(dāng)你把一支支綠色電池，呈現(xiàn)給日新月異的祖國，是否已為她傾注了全部的身心？！……”
這首題為《綠色·能源·生命》的詩，出自于吳鋒之手，這是一名科學(xué)家鐘情事業(yè)、報效祖國的真實寫照。作為一名電池專家，他不僅力爭把學(xué)問做好，更以博大胸懷，身先士卒推動著中國綠色電池行業(yè)的發(fā)展。
“科學(xué)家應(yīng)該胸懷天下。”1993年2月，已經(jīng)是一名有所建樹的中青年學(xué)者的吳鋒，參加了由時任國務(wù)院總理李鵬主持召開的政府工作報告征求意見座談會，作為主要發(fā)言人之一，他關(guān)于“增強全民族的科技意識”的建議就被寫入了政府工作報告。
2002年，吳鋒被國家科技部選聘為國家重點基礎(chǔ)研究（973）計劃“綠色二次電池新體系相關(guān)基礎(chǔ)研究”項目的首席科學(xué)家，開始搭建中國在這一領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的框架。此后，吳鋒不斷瞄準(zhǔn)世界前沿，把握綠色電池技術(shù)的發(fā)展方向，每一期973計劃項目均在結(jié)題驗收中被評為優(yōu)秀。他作為首席科學(xué)家連續(xù)主持了三期973計劃項目。
“國家的需要永遠都是第一位的！”從創(chuàng)新科技成果到推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，吳鋒是這樣說的，也是這么做的。從一名青年教師成長為我國綠色能源和電池領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，回首40年從教生涯，北理工服務(wù)國家重大戰(zhàn)略的使命感，深深烙印在吳鋒身上。
吳鋒（前排左三）團隊在國家高技術(shù)新型儲能材料工程開發(fā)中心
二十世紀(jì)九十年代初，吳鋒受命前往廣東省中山市，創(chuàng)建的國家高技術(shù)新型儲能材料工程開發(fā)中心（鎳氫電池中試基地）。為了完成國家使命，吳鋒將妻子和年幼的孩子留在北京，自己毅然踏上了南下的征程。此去兩千里，這一干，就是十年。十年間，他來回奔波于京粵兩地，殫精竭慮，日夜操勞，令人矚目的成績背后卻是一身的病痛。而支撐著吳鋒克服困難的，正是他“服務(wù)國家需求”的不變信念和作為一名共產(chǎn)黨員矢志奮斗的執(zhí)著追求。
作為我國綠色能源和二次電池研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍人物之一，吳鋒多次為國家重大研究規(guī)劃建言獻策，并受到表彰。2015年他被授予“中國電池行業(yè)特殊貢獻專家”，2016年獲國際車用鋰電池協(xié)會（IALB）首次頒發(fā)的終身成就獎，他還曾被特邀參與了對韓國三星公司手機爆炸事故的調(diào)查論證，維護了中國消費者的權(quán)益。
“尊敬的吳教授，我非常榮幸地通知您，馬薩諸塞大學(xué)理事會一致投票通過，頒授您榮譽科學(xué)博士學(xué)位。……我們尊崇您在高科技研究，特別是綠色新能源技術(shù)和溫室氣體減排方面做出的杰出貢獻，并且非常歡迎您和我校在中美電動車方面開展合作。您的杰出成就一直給予我們大家啟示和啟發(fā)。”2014年3月，吳鋒接到了美國馬薩諸塞大學(xué)波士頓分校大學(xué)校長的來信，高度肯定了他為綠色電池行業(yè)所做出的成就和貢獻。該校榮譽博士學(xué)位之前只授予如美國時任總統(tǒng)奧巴馬、諾貝爾物理獎獲得者利昂·萊德曼等各界精英，吳鋒成為獲得該校此項榮譽的首位中國學(xué)者。
“綠色能源是我的興趣，是我一直以來研究的方向，而且會一直持續(xù)下去！”談及未來，吳鋒初心不改。
“最大的心愿是培養(yǎng)后來居上者”
“1982年，吳鋒碩士畢業(yè)后來北京理工大學(xué)工作，由于科研成果突出，兩年后，他剛滿33歲就被任命為化學(xué)工程系主管科研工作的副主任。”這是1990年12月12日《光明日報》頭版文章《打破論資排輩，彌合人才斷層，北京理工大學(xué)優(yōu)化成才環(huán)境，已有31名中青年教師晉升為教授、副教授》中關(guān)于吳鋒的報道。1986年，吳鋒被學(xué)校破格提升為副教授，30年后的2016年，他又成為北京理工大學(xué)人事制度改革后，在新體制下首批選聘的兩位“杰出教授”之一。
“在北理工，我收獲了事業(yè)發(fā)展和個人成長，而這與學(xué)校的培育和前輩的幫助是密不可分的。”談及在學(xué)校的成長發(fā)展，吳鋒感受頗深。教書育人，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，是他一生的追求。從教40年來，吳鋒曾多次謝絕擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，始終如一地堅守一線，為的就是能夠有更多的時間和精力投入到教學(xué)科研中，投入到培養(yǎng)學(xué)生和青年教師中。
“吳老師有著厚實的知識基礎(chǔ)和豐富的研究經(jīng)驗，他特別注意對年輕人創(chuàng)新思維的啟發(fā)和培養(yǎng)，當(dāng)大家產(chǎn)生困惑或有疑問的時候，就會習(xí)慣性地點撥指導(dǎo)。”談到吳鋒對青年人的培養(yǎng)，團隊青年教師陳人杰敬佩不已。即使工作堆積如山，但在指導(dǎo)學(xué)生和培養(yǎng)青年教師方面，吳鋒從來不吝惜時間。對每一位年輕人，他都傾注大量心血，帶領(lǐng)他們踏實走好學(xué)術(shù)研究的每一步。
吳鋒曾講授《物理化學(xué)》《催化與吸附材料》和《綠色能源材料導(dǎo)論》等多門課程，在教學(xué)過程中，他經(jīng)常采用啟發(fā)式教學(xué)，將如何做人與做學(xué)問貫穿其中。“吳老師的課程不僅信息量大、知識更新快，而且他講起課來，總是旁征博引，生動活潑。”吳鋒的課程深受同學(xué)們的喜愛。
感人心者，莫先乎情。 在學(xué)生們心中，吳鋒不僅僅是一個“學(xué)術(shù)上的智多星”，更是一個“生活中的慈父”。“經(jīng)常有學(xué)生問我‘老師，您為什么對我們這么好？’我就會特別自然地回答，因為我的老師就是這么對我的呀。”談起對學(xué)生的關(guān)心，吳鋒的學(xué)生、團隊青年教師李麗不無感慨地說。
李麗和同為吳鋒的學(xué)生、團隊青年教師蘇岳鋒至今還記得2003年“非典”期間，吳鋒專門購買了藥品、保健品和營養(yǎng)品去看望他們這群被隔離觀察的學(xué)生，以減輕大家的思想壓力。多年來，無論是在日常生活中還是科研工作上，吳鋒也總是能為身邊的青年人提供人生關(guān)鍵時刻最有力而暖心的支持。
吳鋒（后排左六）與學(xué)生們在一起
“師者，傳道授業(yè)解惑也。我最大的心愿，就是學(xué)生們能夠超越我。”這是吳鋒最常掛在嘴邊的一句話，他用行動詮釋了自己的心愿，不遺余力地培養(yǎng)了一代又一代的學(xué)生。多年來，吳鋒培養(yǎng)了80多名博士和70多名碩士。在他的影響和指導(dǎo)下，學(xué)生和團隊的青年教師們都紛紛成長為中國二次電池與新能源材料領(lǐng)域的骨干力量和領(lǐng)軍人才。而深受師生愛戴和尊敬的吳鋒，也相繼被評為北京理工大學(xué)師德標(biāo)兵，省部級優(yōu)秀教師、學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人。
韶華似水，彈指間，青絲變白發(fā)，中國的綠色二次電池事業(yè)從無到有，從小到強，從突破封鎖，到引領(lǐng)前沿，贏得了與日本、韓國在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的三分天下，在鎳氫電池國際市場占據(jù)半壁江山的局面；一批批中國電池人成長起來，蓬勃發(fā)展的中國綠色能源產(chǎn)業(yè)，將成為國家強盛、民族復(fù)興的堅強基礎(chǔ)，這其中也浸透了吳鋒的默默奉獻。
附人物簡介：
吳鋒，1951年出生于北京，現(xiàn)任北京理工大學(xué)學(xué)術(shù)委員會副主任，求是書院院長，材料學(xué)院學(xué)科首席教授、博士生導(dǎo)師，兼任教育部科技委委員、中國兵器工業(yè)集團科技委委員、中國電池工業(yè)協(xié)會副理事長、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會副理事長、教育部（2011計劃）“北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心”清潔能源與動力領(lǐng)域主任兼首席科學(xué)家，國家工信部新能源汽車準(zhǔn)入專家委員會委員，《Energy Material Advances》刊物主編等職。從2002年至2019年，連續(xù)三期被國家科技部聘任為國家重點基礎(chǔ)研究（973）計劃新型二次電池項目首席科學(xué)家。
發(fā)表SCI論文600余篇，獲國家發(fā)明專利授權(quán)100余項，國際電池材料學(xué)會（IBA）科研成就獎、國際車用鋰電池協(xié)會（IALB）首次頒發(fā)的杰出基礎(chǔ)與應(yīng)用研究獎、國際電化學(xué)學(xué)會電池技術(shù)成就獎，這也是該學(xué)會設(shè)獎20多年來首次頒發(fā)給中國學(xué)者。當(dāng)選為國際歐亞科學(xué)院院士和亞太材料科學(xué)院院士。擔(dān)任教育部（2011計劃）“北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心”清潔能源與動力領(lǐng)域主任兼首席科學(xué)家，工業(yè)和信息化部新能源汽車準(zhǔn)入專家委員會委員。
