康飛宇教授及科研團(tuán)隊部分成員領(lǐng)取國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

動力電池的價格是怎么變成白菜價的呢？

近日，來自深圳的“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”項目獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，這是由清華大學(xué)深圳研究生院康飛宇教授團(tuán)隊和天津大學(xué)楊全紅教授團(tuán)隊歷時二十余年完成的科研成果。廣州日報全媒體記者在采訪中了解到，原來正是這些科研工作者的不懈努力，讓動力電池更加廉價，讓新能源汽車走進(jìn)大眾生活。

這項技術(shù)究竟有什么用？它到底有多牛？為什么是在廣東珠三角地區(qū)完成？近日，項目主要完成人之一、清華大學(xué)深圳研究生院李寶華教授接受了本報記者的獨(dú)家專訪，向讀者揭開這項技術(shù)的神秘面紗。

技術(shù)有多牛？

鋰電池產(chǎn)業(yè)成中日韓三足鼎立之勢

新能源汽車主要由電池驅(qū)動系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)及組裝等部分組成。其中電機(jī)、電控及組裝和傳統(tǒng)汽車基本相同，差價的原因在于電池驅(qū)動系統(tǒng)。從新能源汽車的成本構(gòu)成看，電池驅(qū)動系統(tǒng)占據(jù)了新能源汽車成本的30%~45%，而動力鋰電池又占據(jù)電池驅(qū)動系統(tǒng)約75%~85%的成本構(gòu)成。

解決新能源汽車高價格的核心是降低動力鋰電池一次采購成本。而“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”項目屬于無機(jī)非金屬材料中的石墨及碳素制品制造技術(shù)，優(yōu)化了鋰離子動力電池充放電速率、循環(huán)和高低溫性能，大幅提升了我國天然石墨資源的深加工技術(shù)和利用水平，提高我國鋰離子電池行業(yè)的國際競爭力。

究竟這項技術(shù)有多牛？李寶華向記者闡述了這個項目發(fā)展的來龍去脈。原來，鋰離子電池制造產(chǎn)業(yè)做得最早的是日本，其制造鋰離子電池負(fù)極材料用的是人造碳素石墨材料，這大幅推動了鋰離子電池的商品化。為什么要用人造石墨材料？因?yàn)槿毡举Y源缺乏，本身沒有天然石墨礦物儲備，人造石墨材料主要來源于石油化工和鋼鐵產(chǎn)業(yè)。那時候人造石墨負(fù)極材料技術(shù)掌握在日本人手里。后來，韓國也學(xué)習(xí)了日本的技術(shù)，所以，早期的鋰離子電池的市場一直以日韓為龍頭。但是人造石墨制備過程能耗大、成本高，制約了其價格和應(yīng)用規(guī)模。

我國的情況與日韓不同，我國擁有豐富的天然石墨資源儲備，如果能在鋰離子電池生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)天然石墨代替人造石墨，一方面能更省能耗，降低成本，另一方面也能在國際競爭中實(shí)現(xiàn)彎道超車。此中的重大意義不言而喻。所以我國從上世紀(jì)就開始開展天然石墨的研究，康飛宇教授的團(tuán)隊正是國內(nèi)最早的從事天然石墨深加工和應(yīng)用的科研團(tuán)隊。

項目團(tuán)隊歷時二十余年攻關(guān)，從國內(nèi)最早申報天然石墨負(fù)極發(fā)明專利、突破關(guān)鍵技術(shù)，到實(shí)現(xiàn)天然石墨和石墨烯的規(guī)模應(yīng)用，借助資源和技術(shù)優(yōu)勢，終于使得鋰離子電池“物美價廉”，形成鋰離子電池產(chǎn)業(yè)“中日韓”三足鼎立的格局。

李寶華用一組數(shù)字形象地告訴記者，2000年之前，用人造石墨制備的鋰離子電池負(fù)極材料，1噸的價格為30~40萬元人民幣；2000年之后逐步降至目前的3~10萬元。這也倒逼著日韓電池企業(yè)大幅降低鋰離子電池的價格。

如今國內(nèi)外鋰離子電池負(fù)極材料市場每年的產(chǎn)值近100億元，其中近40%由天然石墨深加工制成。

特點(diǎn)在哪里？

已獲授權(quán)發(fā)明專利35項

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

李寶華介紹說，該項目已獲授權(quán)發(fā)明專利35項。比如發(fā)明了二元共插層鱗片石墨改性和微膨化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了石墨的低成本制備；開發(fā)出可快速充放電、工作溫度范圍寬和循環(huán)壽命長的商用微膨改性石墨負(fù)極材料，將鋰離子電池充電放電時間大幅縮短；發(fā)明了低溫負(fù)壓制備石墨烯的方法，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯的低成本、宏量制備；提出了基于“點(diǎn)-面”模型的石墨烯導(dǎo)電劑應(yīng)用技術(shù)等等。

李寶華自豪地說：“這個項目發(fā)展出自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵材料和產(chǎn)業(yè)化集成技術(shù)，促進(jìn)了電池快速充放、循環(huán)、高低溫性能的大幅度提升。改變了產(chǎn)業(yè)格局，打破了我國高端石墨產(chǎn)業(yè)匱乏、高附加值加工技術(shù)長期被國外壟斷的局面。對新能源和電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。”

據(jù)了解，項目成果已在深圳翔豐華等多家合作單位實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用，相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)主要應(yīng)用于比亞迪等國內(nèi)鋰電龍頭企業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

為何是深圳？

與諾獎得主合作攻克難題

意義如此重大的一個技術(shù)項目，為何會選擇在廣東珠三角地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化，最終為廣東深圳帶回一個國家級重量大獎？

李寶華告訴記者，項目團(tuán)隊開始時是在內(nèi)地進(jìn)行技術(shù)研究，這是因?yàn)閮?nèi)地高校密集、科研人才集中，但“技術(shù)應(yīng)用都有一個磨合的過程，我們需要跟產(chǎn)業(yè)密切結(jié)合，知道企業(yè)需要什么，才能使技術(shù)真正被用上，并得到一步步的改進(jìn)。而廣東珠三角地區(qū)是我國最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地，所以我們選擇到廣東來。”

從2002年開始，項目團(tuán)隊開始南下和生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，比如李寶華就曾在一家鋰離子電池企業(yè)工作了近3年，逐步摸清了企業(yè)的真正需求。李寶華說，“鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)原來用的都是日韓技術(shù)，具有一種慣性，開始都對我們國產(chǎn)的技術(shù)有抵觸。但隨著我們合作深入，互相了解，我們的技術(shù)也越來越成熟。現(xiàn)在終于建立了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。”

而在深圳，市政府重點(diǎn)支持發(fā)展新材料、新能源和電動汽車產(chǎn)業(yè)，特別近年來大力支持石墨烯材料的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為本項目的研發(fā)與應(yīng)用提供了良好的創(chuàng)新環(huán)境和巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。深圳市已把石墨烯等重要領(lǐng)域列為市政府未來重點(diǎn)支持的方向，2017年，由深圳市政府投資建設(shè)、深圳市科技創(chuàng)新委員會管理，以清華-伯克利深圳學(xué)院和清華大學(xué)深圳研究生院為依托單位的“深圳蓋姆石墨烯研究中心”（Shenzhen Geim Graphene Research Center，簡稱SGC）在深圳揭牌成立。在2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)人之一安德烈·蓋姆教授帶領(lǐng)下，研究中心建成國際知名的科研實(shí)驗(yàn)平臺，重點(diǎn)攻克以石墨烯為代表的二維材料在基礎(chǔ)前沿研究和高端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化方面遇到的關(guān)鍵難題，最終成為集研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化制定、產(chǎn)業(yè)化檢測等多功能服務(wù)平臺。

對于未來，李寶華說，在國家大力支持電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，對高端鋰離子動力電池的需求不斷增加，因此高性能和高附加值的關(guān)鍵負(fù)極和導(dǎo)電劑等材料具有廣闊的未來市場前景。