中國(guó)網(wǎng)／中國(guó)發(fā)展門(mén)戶網(wǎng)訊 2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了?John. B. Goodenough、Stanley Whittingham?和?Akira Yoshino，頒獎(jiǎng)的標(biāo)題是“他們創(chuàng)造了一個(gè)可充電的世界”，以表彰他們?yōu)殇囯姵氐陌l(fā)展所作出的貢獻(xiàn)。獲獎(jiǎng)?wù)咧?Goodenough?教授獲獎(jiǎng)時(shí)已?97?歲高齡，也是歷史上諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中最年長(zhǎng)者。從?Goodenough?最早的工作發(fā)表到被授予諾貝爾獎(jiǎng)，經(jīng)歷了?39?年的歷程，這不僅突出了鋰電池研究的科學(xué)重要性，更顯示了近?10?余年來(lái)全球鋰電池產(chǎn)業(yè)的極大發(fā)展，以及所帶來(lái)的對(duì)人類(lèi)現(xiàn)代社會(huì)生活的重要改變，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)完整的全鏈條式創(chuàng)新。在我國(guó)，從?20?世紀(jì)?90?年代鋰離子電池商品化開(kāi)始，到如今鋰離子電池被廣泛應(yīng)用到消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都作出了值得稱(chēng)道的成績(jī)。2018?年全球動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)?92.5?GWh，同比增長(zhǎng)?45.8%。全球排名前?10?的動(dòng)力電池企業(yè)中，我國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)占有率達(dá)到?88.7%；寧德時(shí)代、松下、比亞迪連續(xù)?2?年搶占全球市場(chǎng)前?3?位，其中寧德時(shí)代和比亞迪都是中國(guó)本土企業(yè)。

全鏈條創(chuàng)新涉及科研與產(chǎn)業(yè)，有研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)參與，往往還有政府參與和引導(dǎo)，目標(biāo)是要形成自主核心技術(shù)，乃至形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。在當(dāng)今時(shí)代，涉及關(guān)鍵核心技術(shù)全鏈條式的創(chuàng)新是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，是“買(mǎi)不來(lái)、要不來(lái)、討不來(lái)的”。企業(yè)的創(chuàng)新主體地位和主導(dǎo)作用需要增強(qiáng)?，但同時(shí)科研機(jī)構(gòu)也被賦予了創(chuàng)新的重要責(zé)任與使命。對(duì)于國(guó)立科研機(jī)構(gòu)而言，如何實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)技術(shù)的全鏈條式創(chuàng)新，是一個(gè)非常重要且困難的命題。中國(guó)科學(xué)院物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“物理所”）是我國(guó)在鋰離子電池領(lǐng)域從事學(xué)術(shù)研究和參與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)構(gòu)之一。本文主要結(jié)合物理所幾十年來(lái)鋰離子電池從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)化歷程，對(duì)新時(shí)期科研機(jī)構(gòu)探索踐行創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略做了一些粗淺的探討。

 基礎(chǔ)研究是革命性技術(shù)的重要源頭

基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的總源頭，具備扎實(shí)的基礎(chǔ)研究積累才能衍生出革命性新技術(shù)，鋰離子電池研究同樣如此。關(guān)于鋰離子電池的研究，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)第一句話就如此評(píng)價(jià)：“輕量化、可充電和大功率的電池，現(xiàn)在被用在從移動(dòng)電話、電腦到電動(dòng)汽車(chē)等一切東西上。而且它可以用來(lái)存儲(chǔ)太陽(yáng)能和風(fēng)能等，使（人們）擺脫化石能源成為可能。”諾貝爾獎(jiǎng)備受關(guān)注，細(xì)分諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)的百年歷史，會(huì)發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)大類(lèi)的差異。最大的一類(lèi)工作是做出了重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，將人們對(duì)自然的認(rèn)識(shí)推進(jìn)了一步，如X射線、光電效應(yīng)、宇稱(chēng)不守恒定律、量子霍爾效應(yīng)、引力波等；第二大類(lèi)的工作是為世界帶來(lái)了革命性的技術(shù)，深刻地改變了社會(huì)，如三極管、巨磁阻效應(yīng)、藍(lán)光半導(dǎo)體等。這些工作一開(kāi)始都屬于基礎(chǔ)研究范疇，選題都源自科學(xué)家的興趣。隨著研究的推進(jìn)，第一類(lèi)工作的成果取得了科學(xué)界同行的高度認(rèn)可甚至被寫(xiě)進(jìn)了教科書(shū)；而第二類(lèi)工作則有較明顯的應(yīng)用前景并進(jìn)一步延伸到產(chǎn)業(yè)界，實(shí)現(xiàn)了革命性應(yīng)用，這類(lèi)工作的鏈條和研究周期往往更長(zhǎng)。例如，巨磁電阻效應(yīng)被授予?2007?年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，表彰“他們?cè)?19?年前各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，為現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是為人們今天能使用小型化、大容量的硬盤(pán)以及在各種磁性傳感器和電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用中所作出的奠基性貢獻(xiàn)”。又如，藍(lán)光半導(dǎo)體，在諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)上被如此評(píng)價(jià)——“紅光和綠光二極管已經(jīng)伴隨我們半個(gè)世紀(jì)了，但藍(lán)光才是真正帶來(lái)革命性變化的技術(shù)。只有這三原色的燈光才能形成白光，照亮我們的世界。這?3?位學(xué)者在學(xué)術(shù)研究和工業(yè)界的持續(xù)努力，解決了這個(gè)過(guò)去?30?多年來(lái)一直存在的難題……”。鋰離子電池的工作更加接近第二類(lèi)的情況。Goodenough?關(guān)于鈷酸鋰正極材料的工作發(fā)表于?1980?年，隨后可商用鋰離子電池系統(tǒng)的研究成果開(kāi)始積累。這些正極材料的研究成果，最終指引吉野彰（Akira Yoshino）于?1983?年制備出了第一個(gè)可充電鋰離子電池的原型。索尼（Sony）公司在這項(xiàng)成果的基礎(chǔ)上，研究出可實(shí)用的鋰離子電池并于?1991?年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)志著鋰離子電池時(shí)代的開(kāi)始。

物理所的鋰電池研究可以追溯到?20?世紀(jì)?70?年代——1976?年底，陳立泉赴德國(guó)斯圖加特的馬普協(xié)會(huì)固體所（Max Planck Institute for Solid State Research）進(jìn)修，他很快發(fā)現(xiàn)該所幾乎全都在研究?Li3N?晶體。這是一種被稱(chēng)為快離子導(dǎo)體的固體材料，據(jù)說(shuō)可以用來(lái)制作汽車(chē)的固體電池。這類(lèi)材料的一個(gè)亞晶格是高度無(wú)序的，具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，其離子電導(dǎo)率很高，與液體電解質(zhì)相近。由此，一個(gè)新的學(xué)科——固體離子學(xué)正在形成。經(jīng)過(guò)思考并征得物理所同意后，陳立泉迅速轉(zhuǎn)到這個(gè)新的學(xué)科方向。1978?年，陳立泉回國(guó)后繼續(xù)研究并成立了固態(tài)離子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，主持并承擔(dān)了中國(guó)科學(xué)院“六五”“七五”和“八五”期間的鋰離子導(dǎo)體研究重大項(xiàng)目。1980?年，物理所關(guān)于離子導(dǎo)體的第一篇文章發(fā)表，題為?Lithium Ionic Conductivity of LISICON Single Crystals。這篇文章主要研究了鋰離子在鍺酸鋅鋰（LISICON）型單晶離子導(dǎo)體中的傳輸行為。1984?年中國(guó)第一部專(zhuān)利法誕生，1987?年物理所申請(qǐng)了第一個(gè)鋰離子電池相關(guān)專(zhuān)利——“鋰型蒙脫石固體電解質(zhì)的制造方法”，并獲得授權(quán)。1986?年?3?月，我國(guó)啟動(dòng)了“863”計(jì)劃，聚合物鋰電池成為重點(diǎn)課題之一，由陳立泉擔(dān)任項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，組織了全國(guó)?11?個(gè)單位參與鋰電池關(guān)鍵材料研究。

與世界上其他科研機(jī)構(gòu)的著名鋰離子電池研究小組一樣，物理所的“鋰電團(tuán)隊(duì)”始終扎根基礎(chǔ)研究，并與所內(nèi)外的科學(xué)家開(kāi)展非常廣泛的討論與合作，包括納米科學(xué)、電子顯微鏡學(xué)以及理論物理學(xué)等。之后，鋰離子電池研究成為物理所基礎(chǔ)研究板塊中非常重要的一個(gè)部分。1976—2019?年，物理所鋰離子電池研究小組累積發(fā)表了?538?篇文章，申請(qǐng)了?173?項(xiàng)專(zhuān)利。以錳酸鋰為例，物理所團(tuán)隊(duì)第一篇錳酸鋰表面改性的論文發(fā)表于?1994?年，最近一篇文章發(fā)表于?2017?年；截至目前共?32?篇文章，申請(qǐng)專(zhuān)利?6?項(xiàng)。以硅負(fù)極材料為例，物理所團(tuán)隊(duì)第一篇納米硅負(fù)極材料的文章發(fā)表于?1999?年，研究持續(xù)至今；截至目前已發(fā)表文章?43?篇，申請(qǐng)專(zhuān)利?6?項(xiàng)。其中部分文章發(fā)表在?Physical Review B?等期刊上，屬于非常基礎(chǔ)性的研究工作。

得益于國(guó)家各部門(mén)的支持，物理所快離子導(dǎo)體和固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)能夠進(jìn)行比較長(zhǎng)周期的基礎(chǔ)研究探索。雖然出現(xiàn)過(guò)資金困難期，但是基礎(chǔ)研究從來(lái)沒(méi)有中斷過(guò)。這為鋰離子電池技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)提供了知識(shí)、技術(shù)、設(shè)備和人才等全方位的儲(chǔ)備，中國(guó)早期的部分鋰離子電池商業(yè)化極大地得益于這一階段的積累。但是在早期，國(guó)家專(zhuān)門(mén)對(duì)于鋰離子電池研究的投入非常有限，來(lái)自市場(chǎng)的對(duì)于鋰離子電池研究的投入更少。物理所課題組承擔(dān)了很多非鋰離子電池研究方向的課題，目的就是獲得足夠的資源維持課題組運(yùn)轉(zhuǎn)和開(kāi)展基礎(chǔ)研究，這種局面一直持續(xù)到?20?世紀(jì)?90?年代初。對(duì)于國(guó)立科研機(jī)構(gòu)來(lái)講，要產(chǎn)生全鏈條式的科研成果，寬松的學(xué)術(shù)氛圍也是另一個(gè)極其重要的因素：因?yàn)樵陂L(zhǎng)周期研究中，如果缺少寬容度，“丑小鴨就沒(méi)有機(jī)會(huì)變成白天鵝”。