忆师昌绪先生推动纳米材料产业化的几件往事

吉学文 孔令涌 王允实

深圳市德方纳米科技股份有限公司（以下简称“德方纳米公司”）是致力于纳米粉体材料制造技术研发、生产和应用的一家小型高新技术企业。经过几年的发展，已经形成以电极材料——纳米磷酸铁锂正极材料、碳纳米管和碳纳米管导电液为主要产品的锂电供应商。2014年德方纳米公司供应了超过1 000t的纳米磷酸铁锂和600多t碳纳米管导电液。德方纳米公司由一个不到30m2实验室的小型研发企业发展到今天这样一个拥有60 000多m2（含租赁厂房）生产和研发基地的创新型企业，凝聚着师昌绪先生对我国纳米科学技术发展与应用、新能源材料发展与应用，尤其是电池材料发展的心血。师先生离开我们已有一个多月，缅怀和传播他热爱祖国、敬业于科学事业和悉心发现并培养青年科技人才的精神，继承师先生遗志，为中国的科学事业和经济建设发展做贡献，是我们的共同心愿。

师昌绪先生的电池材料情结

2010年《新材料产业》杂志在“新材料—战略性新兴产业”系列报道中，师昌绪、杨裕生和陈立泉3位院士联合署名的重要文章——《我国锂离子电池产业面临的机遇与挑战》指出：当前国家确定的7大战略性新兴产业，新材料是其中之一，它是新能源和新能源汽车锂离子电池发展和应用的基础。美国人认识到锂离子动力电池就如同石油一样具有重要的战略意义。奥巴马上台不久就发布了“下一代电池”和电动汽车计划。减少排放，使地球温度上升减速，发展新能源电池，特别是锂离子电池是我们今后必须走的路，它关系到国家能源安全与风能、太阳能等新能源产业的健康发展。

师昌绪先生为什这样重视和关注电池材料产业的发展？实际上，他的专长是高温合金、合金钢等结构性金属材料，但他多年的科学实践和参与国家层面上的科技规划活动，加上他敏锐的目光铸就了他卓越的科学预见能力。与他接触和多次谈话中得知，师昌绪先生关注新能源材料研究、開发与应用始于20世纪80年代。他任中国科学院金属研究所所长时，创办了《能源材料通讯》并兼任主编。1983年，他主持当时三委（国家计委、国家经委和国家科委）制定包括电池材料等8个重点领域的新材料规划，其中7个后来被列入了国家重点发展专项，唯有电池材料专项被排除在外，为此师先生感到十分遗憾。他不甘心，1986年在西安的西北工业大学组织召开了一次电池材料国际会议，虽然起到了一定的推动作用，但仍然没有打消心里的牵挂。

今天，清洁能源已经成为世界各国开发重点，我国科技部在“973”计划和“863”计划中都将锂离子电池产业发展列为重点，师先生不无感慨地说：如果在二十几年前就给予足够重视或列为专项，说不定就有较大的成果出现，或许我们已经走在世界前头。经过努力，中国的新能源和新能源材料产业赶上来了，锂离子电池产业经过发展，也站在了国际前沿，形成了中、日、韩三分天下的局面。当他得知德方纳米公司在技术上取得重大突破后，告诫我们一定不能满足现状，不能迷信国外和崇洋媚外，要珍惜自己的创新成果，走自己的路，创造出中国的名牌产品。

满腔热忱推动并支持中小企业的创新活动

锂离子电池所用材料主要包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及导电剂、粘合剂等辅助材料。其中，正极材料在很大程度上决定了电池性能和价格，它的研发和竞争首当其冲。在国内比亚迪公司等已能生产微米级磷酸铁锂正极材料后，美国A123公司又开发出了性能优于前者的纳米级磷酸铁锂正极材料投放市场。与此同时，德方纳米公司以孔令涌（深圳市2013年青年科技奖获得者）为首的研发团队，以纳米技术制备纳米碳材料方面的技术优势，突破了纳米技术在锂离子电池领域的应用。该团队利用自热蒸发液相合成方法，在纳米磷酸铁锂正极材料制造技术上取得了重大突破。用这个正极材料制备的锂离子动力电池，经国家相关权威部门测试表明，德方纳米公司生产的纳米磷酸铁锂正极材料在粒径的均一性、批次稳定性、导电性、所制成电池大功率充放电特性和超低温（-40℃）充放电性能等方面均处于国际领先水平。

2009年3月，师昌绪先生得知这个消息后，十分高兴，立即写信给时任科技部党组书记、副部长李学勇同志（科技部“863”计划新材料专家组组长徐坚教授等3人曾专程到德方纳米考察指导）。特别值得我们怀念的是，师昌绪、吴敬琏和陈清泰（后面二者分别是著名的经济学家和国务院发展研究中心研究员）3人联手指导推动德方纳米公司纳米磷酸铁锂正极材料产业化的故事。2009年6月初，师先生在与吴敬琏一道参加中华科技金融促进会座谈会期间，师先生即席发言中谈到深圳德方纳米公司所取得的重大技术突破，用以说明民营企业的活力。吴敬琏对此十分重视，并立即把德方纳米公司情况介绍给正在从事动力电池调研的陈清泰教授。同年6月24日师先生专程带领我们前往国务院发展研究中心开了一个汇报和研讨会，就公司情况、纳米磷酸铁锂制备技术的先进性、性能和成本优势对比、专利和知识产权保护、产业化和市场以及后续研发、产业化资金等，与陈清泰教授等进行了讨论。在充分的调查研究基础上，国务院发展研究中心“培育新一轮经济增长的产业支柱与建设经济长期发展体制环境”课题组起草了一份《关于加快动力电池关键材料产业发展的建议》报告上报中央。分管相关工作的国务院副总理张德江和国务委员刘延东，以及当时广东省委书记汪洋都做了批示并派员调查给予指导。师先生和吴敬琏、陈清泰的推动安排，奠定了德方纳米公司科技与金融资本相结合的发展模式，保障了产业化进程。2010年10月，陈清泰教授和吴敬琏教授将德方纳米公司推荐给佛山市政府。2011年11月，德方纳米公司年产2000t规模的锂电池电极材料生产基地在佛山市高明化工产业园正式落地运转。从这时开始，中国产的高水平纳米磷酸铁锂正极材料以及碳纳米管导电液源源不断地供向锂电池市场。

题词“创一流企业”寄予厚望

“创一流水平；创一流速度；创一流产品；创一流效益；创一流企业”，这是2010年1月师昌绪先生以92岁高龄考察深圳德方纳米公司生产基地时即席祝德方纳米公司再创辉煌的题词。这个题词饱含师昌绪先生提出的对一个高新技术企业取得成功发展的3个要素：水平、产品和效益的辩证关系的认识。我们深刻理解他的用心，一直用它来规范企业运营。

目前制造电池的技术路线，主要是以使用的正极材料来划分，有3种比较成熟的动力电池路线，分别是磷酸铁锂（LFP）路线、锰酸锂（LMP）路线和三元材料（NCM）路线。目前中国走的主要是磷酸铁锂路线，普遍认为是三者中最难，其产业化难度贯穿原材料、工艺、设备、电池的生产等整个产业链。师昌绪先生认为在众说纷纭、信心不足的情况下，你敢碰它，认真研究它并把问题解决了这就是你的水平！就像当年中国科学院金属研究所接铸造空心涡轮叶片项目时一样。事实上，我们看到了这个项目的难度，但也充分地认识了自己在纳米技术制备纳米材料方面的技术优势。经过实验室、中试扩大生产多少个日日夜夜，多少次用不同原料，不同设备组合，多少个必然和偶然结果的组合，“自热蒸发液相合成纳米磷酸铁锂技术”终于成功。2011年11月16日，由国家纳米科学中心组织、以师昌绪和黄学杰为正副组长的专家组对这一成果鉴定评价是：作为技术发明属于国际领先水平。专家指出这是在世界上首次开发自热蒸发液相合成技术（不同于其他气相沉积法等），能耗低，创新性的多种络合剂和促进剂的结合，将其一次颗粒粒径控制在100nm左右；并且由于其表面形成高导电、非连续多层石墨烯结构包覆层新技术，有效地提高了导电性能……一流的技术确保制造出一流的产品，2014年德方纳米磷酸铁锂产品的销售超过1 000t。

此外，師先生还高瞻远瞩地提醒我们注意数据库的建设。德方纳米公司电极材料是多个生产环节和精细工艺控制过程的最终产物，过程控制是关键，它能够保证原材料的使用、技术和生产工艺控制乃至产品性能控制达到极致。纳米磷酸铁锂从开始产业化以来，我们就对生产过程中各种工艺输入和输出建立了大量的过程数据库，在数据库的基础上不断优化工艺参数，使得我们的过程能力指数—CPK值已达到了1.33以上的水平。这个数据库的建立和使用，保证了德方纳米公司纳米磷酸铁锂的稳定性、均一性和一致性，对用户制造的电池的稳定和一致性是最大的保障，保证了电动汽车的安全运行、稳定和舒适。

纳米技术应用任重道远

2000年美国总统克林顿向美国国会提出了一个倡议，宣称纳米技术将导致下一代产业革命，引起了全世界范围对纳米技术的高度重视，国内也掀起了一场“纳米热”。但是涉及到具体实际应用时，由于纳米技术小尺寸效应和界面的无序性，存在很多的不确定工艺技术问题。如碳纳米管，普遍认识到它在高技术领域中具有广泛潜在的应用前景，如适量添加到电极材料中来改善其导电性，可能是一个重要技术手段。显然，添加工艺存在一定的技术难度。师昌绪先生在考察时就卓有见地指出“碳纳米管能否得到应用的关键在于分散，否则很难找到用途”。事实证明，2005年以来通过机械或化学分散技术把碳纳米管均匀地分散于导电液中，已经成为锂电市场的一个重要产品。仅仅德方纳米公司2014年就生产了30余吨多壁碳纳米管制成碳纳米管导电液，投放600多吨导电液到市场上。

实际上，纳米技术在各个领域的应用十分广泛，将纳米技术应用于锂离子电池只是其中之一，德方纳米公司要走的路还很长，在此，我们将继承师先生遗志，不断努力为我国的新能源产业建设贡献力量。