2月15日，北京，第二屆全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇。

當(dāng)幾個(gè)一線汽車集團(tuán)的相關(guān)負(fù)責(zé)人相繼在發(fā)言中表示，公司計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的裝車應(yīng)用——鋰資源的爭奪，突然又成為了新能源領(lǐng)域的一項(xiàng)焦點(diǎn)話題。

2025年，全球新能源市場正站在尋找新平衡的十字路口。而技術(shù)與資源，則成為了重塑全球新能源格局的重中之重。

新能源電池預(yù)生產(chǎn)線

用摩根士丹利分析師亞當(dāng)·喬納森的話說，圍繞著鋰資源的博弈，將決定哪些國家能坐上綠色革命的牌桌。而在中國，一批青年科研工作者與他們的研究成果，正在為中國提升在新能源領(lǐng)域的核心競爭力添柴加薪。

南京大學(xué)朱嘉教授團(tuán)隊(duì)研究的“界面光熱轉(zhuǎn)化”技術(shù)，是可以用于“鹽湖提鋰”的前沿技術(shù)；浙江工業(yè)大學(xué)的陶新永教授團(tuán)隊(duì)則關(guān)注解決“死鋰”和“鋰枝晶”問題，致力于提高鋰電池的能量密度和安全性；四川大學(xué)郭孝東教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的制備工藝讓鋰電池生產(chǎn)過程零排放，許多成果都是世界領(lǐng)先水平。

除了同為綠色低碳方向的持續(xù)探索者，他們還有另一個(gè)共同點(diǎn)：都是第四屆青山科技獎(jiǎng)的獲得者。

這是美團(tuán)發(fā)起的一個(gè)專門致力于資助青年科學(xué)家的公益性獎(jiǎng)項(xiàng)，聚焦在綠色低碳領(lǐng)域，希望激勵(lì)青年科研人員，幫助他們堅(jiān)持在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域進(jìn)行長期攻堅(jiān)，同時(shí)讓科研成果能夠服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、能夠解決實(shí)際問題。

開掛版鹽湖提鋰技術(shù)

“界面光熱轉(zhuǎn)化”的技術(shù)原點(diǎn)，是捕捉陽光。這項(xiàng)技術(shù)用在鹽湖提鋰領(lǐng)域的時(shí)候，效果堪稱開了掛。

低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)需要的多種稀有金屬和稀土元素，通常被稱為“轉(zhuǎn)型金屬”或者“關(guān)鍵礦產(chǎn)”。是如今各國資源博弈的重點(diǎn)，具有巨大的戰(zhàn)略意義，鋰便是其中之一。有專家預(yù)測，到2030年鋰的年需求量將達(dá)300萬噸，2050年將超過600萬噸。新能源汽車從2020年的320萬輛增至2023年的1400萬輛，中國占全球銷量60%。動(dòng)力電池占整車成本40%，而鋰是動(dòng)力電池的核心材料。

隨著全球新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這種傳統(tǒng)工業(yè)中常見于陶瓷玻璃制備的白色金屬，開始以電池的形式，變得無處不在，2021年時(shí)，全球鋰產(chǎn)量已經(jīng)有74%用于電池，而電池市場的70%又來自中國廠商。

然而，彼時(shí)中國鋰鹽的進(jìn)口依存度，也高達(dá)70%。

簡而言之，產(chǎn)自中國的鋰離子電池?fù)纹鹆巳虻男履茉雌嚭褪謾C(jī)、筆記本電腦、甚至無人機(jī)市場需求。然而中國生產(chǎn)鋰電池的鋰資源，卻有70%從海外進(jìn)口。這讓中國在2021-2022年那波歷史性的鋰價(jià)暴漲中，踩了許多坑。

而我國鋰資源居高不下的對(duì)外依存度，和中國鋰資源多集中在高原鹽湖，有密切的關(guān)系。

從全球鋰資源現(xiàn)狀來看，鋰雖然并非極度稀缺，但分布極不均衡。鋰原料主要有兩個(gè)來源，一是礦石，二就是鹽湖。礦山提鋰技術(shù)發(fā)展早且成熟，但鹽湖提鋰卻一直是困擾業(yè)界的世界級(jí)難題。

含鋰濃度高的鹽湖大多要用沉淀法提鋰，每生產(chǎn)1噸碳酸鋰平均會(huì)產(chǎn)生約115噸廢棄物；而含鋰濃度低的鹽湖大多使用吸附法，耗水量約為生產(chǎn)每噸碳酸鋰需350-470噸淡水，是沉淀法耗水強(qiáng)度的近10倍。

然而鹽湖本就主要形成于高海拔的干旱和半干旱地區(qū)，缺水，缺電，缺基礎(chǔ)設(shè)施，生態(tài)還極其脆弱，幾乎很難進(jìn)行開發(fā)。國內(nèi)鹽湖提鋰技術(shù)雖逐步成熟，但產(chǎn)量占比仍不足三分之一。青海察爾汗鹽湖年產(chǎn)能約10萬～12萬噸，西藏鹽湖則因高海拔、生態(tài)保護(hù)限制，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)。

青海察爾汗鹽湖

于是如何高效、環(huán)保地從鹽湖中提取鋰，就成了我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

朱嘉團(tuán)隊(duì)研究的“鹽湖提鋰”裝置被命名為界面光熱鹽湖提鋰裝置（STLES），研究團(tuán)隊(duì)基于該裝置搭建了界面光熱鹽湖提鋰平臺(tái)，除了需要充足的光照，整個(gè)過程不需要額外用電，也不需要其他化學(xué)藥劑，大大降低了能耗和污染，而且效率相當(dāng)高。

全世界都在試圖突破鹽湖提鋰技術(shù)，爭搶領(lǐng)先身位。在實(shí)驗(yàn)室中，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了令人矚目的成果，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

產(chǎn)業(yè)落地與電池的脈搏

有人研究怎么提取鋰資源，也有人研究怎么使用鋰資源。和朱嘉一樣，浙江工業(yè)大學(xué)的陶新永教授和四川大學(xué)的郭孝東教授，都是第四屆青山科技獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

如果說朱嘉做的是產(chǎn)業(yè)鏈最上游對(duì)鋰資源的“開源”，那么陶新永與郭孝東的研究，從某種意義上說，就是中下游的“節(jié)流”與“提效”了。

第四屆青山科技獎(jiǎng)獲得者 陶新永

在鋰電池中，鋰或鋰化合物經(jīng)過充放電的循環(huán)過程后，會(huì)發(fā)生一些異常的化學(xué)反應(yīng)，其中就包括了“死鋰”和“鋰枝晶”的形成。

死鋰指充放電過程中，因脫鋰不均勻和不徹底形成的與電極失去電接觸的金屬鋰，這些失活的鋰附著在電極表面，不參與充放電反應(yīng)，于是電池的容量和性能就會(huì)每況日下。如果你的手機(jī)電池檢測提醒你容量只剩下80%，其中一個(gè)很重要的原因就是“死鋰”作祟。

而鋰枝晶則指在充放電過程中，電極表面因不均勻鋰沉積而形成的一種樹枝狀的結(jié)晶。這些細(xì)小的鋰枝晶會(huì)在電池內(nèi)部造成短路，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)事故。1989年，加拿大Moli公司開發(fā)的Li/Mo2S電池因嚴(yán)重的鋰枝晶問題而發(fā)生多起火災(zāi)，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)對(duì)鋰電池安全性的廣泛恐慌，并一度使鋰金屬二次電池的發(fā)展陷入停滯。

陶新永教授的研究方向和其中部分目標(biāo)，簡單點(diǎn)講，就是干掉死鋰和鋰枝晶，盡可能地延長鋰電池的壽命與安全性。

“死鋰”和“鋰枝晶”的形成，都發(fā)生在電極和電解質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)界面上。長期以來，它們的微觀機(jī)制仍不明確，這成為制約鋰電池發(fā)展的國際性難題。

要解決，首先就必須要“看到”。

陶新永教授及其團(tuán)隊(duì)通過冷凍透射電鏡技術(shù)的創(chuàng)新，結(jié)合理論計(jì)算與性能測試，不僅看清了原來很難看清楚的鋰電池固體電解質(zhì)界面微結(jié)構(gòu)，突破了金屬鋰負(fù)極材料原子級(jí)結(jié)構(gòu)可視化難題，而且揭示了“親鋰位點(diǎn)”抑制鋰枝晶生長的微觀作用機(jī)理。隨后，他們創(chuàng)新性地提出了“死鋰再生”等有效解決策略，逐步攻克鋰電池中鋰損失的國際性難題，為高比能鋰二次電池的發(fā)展帶來了重要的理論與技術(shù)支撐。

相比之下，四川大學(xué)郭孝東教授的研究，更多圍繞在電池的正極材料上。正極材料是鋰電池性能的瓶頸和成本的主要組成，占鋰電池大概40%成本。

郭孝東團(tuán)隊(duì)研發(fā)的純鐵法制備工藝，不僅讓生產(chǎn)過程達(dá)到 “零排放”，還在能量密度上實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)顯著的提升。研究成果轉(zhuǎn)化建成了多套萬噸級(jí)生產(chǎn)裝置，與頭部大廠都有合作，每年產(chǎn)值數(shù)十億元。

在《中國制造2025》的規(guī)劃中，電池能量密度的目標(biāo)被定為500Wh/kg。這個(gè)目標(biāo)是由容量?電壓得來的，當(dāng)正極材料達(dá)到250毫安的時(shí)候，就基本實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。而目前，郭孝東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的高鎳氧化物正極材料已經(jīng)達(dá)到這一容量值，當(dāng)前正在與寧德時(shí)代合作進(jìn)進(jìn)一步推進(jìn)其應(yīng)用。該類材料在全球范圍內(nèi)鮮有達(dá)到該水平的報(bào)道。

過去，新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展常常要面臨三個(gè)方面的問題：一是能量密度很難達(dá)到規(guī)劃中相對(duì)理想的500Wh/kg；二是電池安全事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響社會(huì)對(duì)電池的信賴度，電池壽命無法得到長足進(jìn)步；三是鎳鈷鋰等電池核心資源對(duì)外依存度太高，從2021年到2024年，即使中國鋰資源對(duì)海外的依存度在逐年降低，但截至目前，依存度依然超過了一半以上。

而青山科技獎(jiǎng)的三名獲得者，便是圍繞全世界新能源電池產(chǎn)業(yè)競爭中，這三個(gè)重要的關(guān)鍵問題。

看不見的手與看得見的未來

發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的重要途徑之一。

北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院院長陳棋，也是第四屆青山科技獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧?。他是?duì)新型薄膜光伏材料與器件做系統(tǒng)研究的學(xué)者，在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得了原創(chuàng)性成果。

鈣鈦礦是目前學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為最有望成為下一代主流太陽能電池的材料和技術(shù)。據(jù)星海情報(bào)局不完全統(tǒng)計(jì)，僅僅是2024年下半年，A股光伏組件行業(yè)就有7家公司公告已開展鈣鈦礦相關(guān)光伏電池技術(shù)研發(fā)。而陳棋制備的鈣鈦礦/晶硅疊層光伏電池，認(rèn)證效率超過 32.2%，達(dá)到了世界先進(jìn)水平；鈣鈦礦/CIGS疊層器件認(rèn)證效率達(dá)28.0%，已經(jīng)成為當(dāng)前世界先進(jìn)水平；器件放大 10 倍后效率保有 94.2%，也是世界先進(jìn)水平。

包括他們?cè)趦?nèi)的眾多科研工作者，正是今天中國新能源產(chǎn)業(yè)在國際競爭中占據(jù)一席之地的重要保障，也是未來中國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的底氣。但他們的成功，絕不像許多人想象中那么一帆風(fēng)順。

第四屆青山科技獎(jiǎng)獲得者 陳棋

陳棋開始做鈣鈦礦研究的時(shí)候，全世界做這個(gè)領(lǐng)域的都不多，當(dāng)時(shí)并沒有專門的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)對(duì)研究進(jìn)行資助。2010年以前，新能源還不火的時(shí)候，作為川大第一個(gè)走上新能源鋰電池方向的人，郭孝東的團(tuán)隊(duì)也坐過許多冷板凳。

相比大團(tuán)隊(duì)，這些青年科研人員一方面面臨經(jīng)費(fèi)問題，社會(huì)環(huán)境和評(píng)價(jià)體系也給他們帶來了不小的壓力，一些可能因研究方向短期內(nèi)看不到明顯的經(jīng)濟(jì)效益而得不到足夠的支持，還有一些面對(duì)學(xué)術(shù)競爭、職稱晉升等方面的壓力而舉步維艱。

在采訪中，這些獲獎(jiǎng)?wù)邘缀醪患s而同的肯定著青山科技獎(jiǎng)對(duì)他們的激勵(lì)價(jià)值，也都期待著更多社會(huì)力量能夠像青山科技獎(jiǎng)一樣，關(guān)注到青年，關(guān)注到那些或許沒有太多“帽子”，但卻致力于通過科研解決實(shí)際問題，在事實(shí)上將科技發(fā)展的成果分享給全民的科研工作者。

結(jié)語：科研群星閃耀時(shí)

20世紀(jì)80年代，一位叫鐘本和的青年女科學(xué)家，放棄出國進(jìn)修的機(jī)會(huì)，一次次跑進(jìn)工廠了解生產(chǎn)實(shí)際問題，沒日沒夜查閱資料，終于在三十年的堅(jiān)守中打破了困境，創(chuàng)造性地提出了“料漿濃縮法制磷銨新工藝”，為中國的農(nóng)業(yè)發(fā)展解決了重要問題。

這位從三四十歲就一頭扎進(jìn)工廠里的女教授，也曾有很多年沒做出什么成果，但她最后獲得成功，得到了國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

中國教育報(bào)曾評(píng)價(jià)她是我國磷化工領(lǐng)域的泰斗級(jí)人物，被譽(yù)為“磷化工行業(yè)的袁隆平”。而鐘本和的其中一個(gè)學(xué)生，就是從磷化工轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰正極材料研究的郭孝東。

鐘本和說，“我們學(xué)工的，只提出想法是不夠的，要去實(shí)干?！?/p>

這種理念被傳承給了郭孝東，于是有了今天獲得“青山科技獎(jiǎng)”的正極材料研發(fā)成果，和產(chǎn)值已經(jīng)數(shù)十億元的技術(shù)實(shí)踐。

截至目前，青山科技獎(jiǎng)已舉辦四屆，共有39名獲獎(jiǎng)?wù)?。他們?dāng)中年齡最大的不超過45歲，最年輕的，獲獎(jiǎng)時(shí)只有33歲。

余彥研究鈉離子電池關(guān)鍵電極材料及儲(chǔ)能機(jī)制；曾杰攻克二氧化碳和水合成葡萄糖的世界難題；王琛研究做后摩爾時(shí)代芯片在環(huán)境感知領(lǐng)域的應(yīng)用……

不只是新能源，一個(gè)又一個(gè)名字閃耀在青山科技獎(jiǎng)過去四年的獲獎(jiǎng)名單上，這些獲獎(jiǎng)?wù)邅碜圆牧峡茖W(xué)、化學(xué)、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，他們的研究成果涵蓋了綠色低碳材料、碳捕集及資源化利用、新能源及儲(chǔ)能、降碳減污協(xié)同控制等青山科技獎(jiǎng)關(guān)注的綠色低碳議題上。不僅在學(xué)術(shù)上取得了重要突破，也為解決實(shí)際問題提供了新的思路和方法。

第四屆青山科技獎(jiǎng)獲得者

今天的中國正是科研群星閃耀時(shí)，中國的青年科學(xué)家正在成為中國實(shí)現(xiàn) “雙碳” 目標(biāo)的重要力量。未來，相信青山科技獎(jiǎng)等多方社會(huì)力量的加入，能夠幫助更多青年科研工作者心無旁騖、埋頭苦干，在更多還處于發(fā)展初期的科研領(lǐng)域中，“坐住冷板凳”，直到能夠真正解決問題的那一天。

····· End ·····

星海情報(bào)局 系統(tǒng)研究

中國制造與國產(chǎn)替代

專注中國產(chǎn)業(yè)崛起故事

▲關(guān)注產(chǎn)業(yè)資訊，破解科技密碼

追趕先進(jìn)技術(shù)風(fēng)口，看中國制造的星辰大海

入駐媒體平臺(tái)

36Kr/ 觀察者網(wǎng)風(fēng)聞社區(qū)/ 網(wǎng)易

虎嗅/ 雪球/ 騰訊新聞