黃學(xué)杰是中國(guó)科學(xué)院物理研究所的研究員，他行事不拘一格，頗有些像電視劇《亮劍》中的李云龍。

對(duì)于科研，他另辟蹊徑，挑戰(zhàn)別人眼里的不可能。1996年，他接下了鋰電池產(chǎn)業(yè)化的艱巨任務(wù)，成為中國(guó)鋰離子電池的工業(yè)化生產(chǎn)的第一批推動(dòng)者。近期又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出新一代鋰動(dòng)力電池及材料體系，直擊動(dòng)力電池行業(yè)密度、成本、充電速度等三大痛點(diǎn)。

對(duì)于角色轉(zhuǎn)換，他敢于下海，亦舍得上岸。2003年，他和團(tuán)隊(duì)與聯(lián)想投資合作，成立蘇州星恒，將動(dòng)力電池成果應(yīng)用于動(dòng)力鋰電生產(chǎn)，建立起電動(dòng)自行車鋰電頭部企業(yè)——星恒電源。企業(yè)走上正軌之時(shí)的2006年即默默退回了科學(xué)界，今天星恒電源已成為電動(dòng)輕型車領(lǐng)域的知名品牌，尤其在二輪車鋰離子電池領(lǐng)域生產(chǎn)份額領(lǐng)先。

游刃于科學(xué)研究與社會(huì)需求之間，黃學(xué)杰坦言自己希望專注研發(fā)，把一代代的電池及關(guān)鍵科研成果貢獻(xiàn)給新能源行業(yè)，為能源革命出力。

01

剛進(jìn)入超導(dǎo)領(lǐng)域沒(méi)兩年即轉(zhuǎn)行做鋰電池

上世紀(jì)八九十年代，照亮廣袤中國(guó)鄉(xiāng)村夜晚的，更多的是一束束手電筒發(fā)出的光，它們逐步取代了火把。而成功實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的支撐是手電筒里面的兩節(jié)電池。

本來(lái)是去中科院物理研究所進(jìn)行超導(dǎo)材料研究的黃學(xué)杰，去之前自己也不曾想過(guò)，會(huì)跳到鋰電池領(lǐng)域做研究并扎根于此。

黃學(xué)杰與電池結(jié)緣的故事，源于1988年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)三十周年校慶活動(dòng)期間結(jié)識(shí)了陳立泉老師。當(dāng)時(shí)陳立泉院士的副業(yè)是超導(dǎo)材料研究，主業(yè)是固態(tài)鋰二次電池研發(fā)。黃學(xué)杰從做測(cè)量電池性能的計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)充放電儀開(kāi)始，逐漸迷入其中，之后后研究重點(diǎn)就轉(zhuǎn)向了鋰二次固態(tài)電池研究。

從超導(dǎo)行業(yè)跳到電池領(lǐng)域，他說(shuō)自己也常常被人問(wèn)到：“你一個(gè)科學(xué)院的科學(xué)家研究手電筒里的東西，有什么好研究的？”

這完全可以理解，當(dāng)時(shí)研究超導(dǎo)聽(tīng)起來(lái)比研究電池要“高大上”得多。

1980年代末是超導(dǎo)材料研究的大時(shí)代，不少一流科學(xué)家追逐其中。1986年繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)陶瓷性金屬氧化物，并榮獲了1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；從1986到1987年，短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度相繼被不同國(guó)家的科學(xué)家提高了近100K。

但黃學(xué)杰隱隱感到，鋰電池的研究距離社會(huì)應(yīng)用更近，緊迫感更強(qiáng)。

由于氧化物高溫超導(dǎo)材料在應(yīng)用層面未能展開(kāi)，國(guó)內(nèi)外超導(dǎo)研究項(xiàng)目開(kāi)始收縮，不少科學(xué)家轉(zhuǎn)入電池材料的研究。高溫超導(dǎo)材料和電池的正極材料均有大量的過(guò)渡金屬氧化物候選材料，因此也不難理解當(dāng)初“跳槽”大軍的選擇方向。

當(dāng)中有一段時(shí)間，黃學(xué)杰在荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)讀博，在化工與材料系，他一邊研究超導(dǎo)體在不同的氣氛下的電子導(dǎo)電行為，一邊將氧化物材料作為正極研究，發(fā)表了一篇聚合物固態(tài)鋰電池的論文。

那個(gè)年代，研究與社會(huì)應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)，似乎存在一些距離。

至1990年，由于鋰固態(tài)電池?zé)o法產(chǎn)業(yè)化，液態(tài)鋰二次電池產(chǎn)品在應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)安全事故，該方向的研究也走到了盡頭。

柳暗花明。1991年，索尼宣布推出全球第一款商用鋰離子電池，具備高電壓、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。陳立泉院士作為日本東京工業(yè)大學(xué)的客座教授，獲得一次機(jī)會(huì)參觀索尼的生產(chǎn)線后，大為觸動(dòng)。他認(rèn)為，鋰離子電池將會(huì)有巨大的應(yīng)用前景，一個(gè)全新的時(shí)代即將來(lái)臨。

他火速給中科院的領(lǐng)導(dǎo)寫(xiě)了信，信中稱：“鋰離子電池必將走向成功，大變革即將來(lái)臨。”這引起了國(guó)內(nèi)的重視，一時(shí)間，做固態(tài)鋰電池的科學(xué)家紛紛轉(zhuǎn)變重點(diǎn)攻堅(jiān)鋰離子電池。

1995年，陳立泉院士帶著學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室做出小圓柱電池樣品，但問(wèn)題也隨之產(chǎn)生：鋰離子電池最終要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和走向市場(chǎng)，但鋰離子電池的生產(chǎn)工藝和裝備在國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)是空白。

1996年初，時(shí)年不到30歲的黃學(xué)杰接任中科院物理所課題組長(zhǎng)后，即接受了陳立泉院士交待的任務(wù)，將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化！

一頭霧水的黃學(xué)杰并未見(jiàn)過(guò)鋰電池工業(yè)化的場(chǎng)景，一籌莫展之際，他回想起在荷蘭時(shí)認(rèn)識(shí)的朋友日本松下電池研究部部長(zhǎng)近藤博士，當(dāng)即訪問(wèn)了位于大阪守口的松下電池研究部，參觀了中試車間，在中科院特批專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持下，從多家日本裝備企業(yè)引進(jìn)了一批中試設(shè)備，包括間歇式轉(zhuǎn)移涂布機(jī)、卷繞機(jī)、注液機(jī)等，“結(jié)合部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備，我們建成了中國(guó)第一條鋰離子電池中試線?！?/p>

1998年，中國(guó)的鋰離子電池開(kāi)始小批量的生產(chǎn)，首先生產(chǎn)的是18650型圓柱鋰電，推向電視臺(tái)記者廣泛使用的廣播級(jí)攝像機(jī)，至今天，他注冊(cè)的“方向”品牌電池仍是該領(lǐng)域的知名品牌，市場(chǎng)份額領(lǐng)先。

從那之后，中國(guó)的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)逐步從3C產(chǎn)品應(yīng)用走向儲(chǔ)能應(yīng)用。

02

打破砂鍋問(wèn)到底 研究新一代鋰電池

長(zhǎng)期扎根基礎(chǔ)研究的黃學(xué)杰，遇到問(wèn)題總愛(ài)打破砂鍋問(wèn)到底。

他認(rèn)為，研究應(yīng)與應(yīng)用相結(jié)合，要解決應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題。鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用之一是在新能源汽車領(lǐng)域。而電動(dòng)汽車尚面臨續(xù)航里程不足、價(jià)格貴、充電速度慢等三大痛點(diǎn)問(wèn)題。

“我覺(jué)得研究成果的經(jīng)濟(jì)性是很重要的。”黃學(xué)杰對(duì)《大國(guó)之材》表示。

黃學(xué)杰了解到，正極材料的成本部分決定了電池整體的成本，其在整個(gè)電芯中成本占比達(dá)30%以上。

他決定從正極材料的研發(fā)入手。

他發(fā)現(xiàn)，早期日本和加拿大的鋰電池研究者嘗試往錳酸鋰摻雜一定量的鎳，把1/4的錳換成鎳的時(shí)候，會(huì)形成高電壓的平臺(tái)，電池工作電壓大幅度提高，這對(duì)于提升電池能量密度和降低成本非常重要。

鎳錳酸鋰作為一種高電壓正極材料，其電壓平臺(tái)在4.7 V左右，比能量超過(guò)600 Wh/kg，由于鎳錳酸鋰材料主要由鎳元素和錳元素組成，不含鈷元素，因此較為環(huán)保，成本也較為低廉。他認(rèn)為，如果取代現(xiàn)在成本最具優(yōu)勢(shì)的磷酸鐵鋰正極材料制造動(dòng)力電池，單體電池及系統(tǒng)能量密度可提升40%，成本可降低30%。是最有潛力商業(yè)化的下一代高電壓正極材料。

但是，他很快遇到瓶頸，原來(lái)電壓過(guò)高導(dǎo)致電解液被分解，這個(gè)問(wèn)題一直無(wú)法突破。高電壓下，尖晶石鎳錳酸鋰電池電極材料與電解液之間劇烈的副反應(yīng)，以及副產(chǎn)物對(duì)整個(gè)電池體系的破壞，是限制鎳錳酸鋰材料商業(yè)化的最大障礙，這也是不同體系正極材料在未來(lái)走向高電壓過(guò)程中所遇到的不可避免的難題。

黃學(xué)杰不信邪，躍躍欲試。他很快找到了核心問(wèn)題所在：界面不穩(wěn)定。只有想辦法將界面穩(wěn)定下來(lái)，這個(gè)材料才能用起來(lái)。

咬住這個(gè)問(wèn)題不放，黃學(xué)杰持續(xù)了十幾年時(shí)間，從小課題研究開(kāi)始，到逐漸加大投入，幾千萬(wàn)到上億的資金砸進(jìn)中試線，最后研發(fā)出表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料與電解液界面膜和耐高電壓的電池體系，具體包含：高電壓正極材料表面改性技術(shù)，高電壓鎳錳酸鋰材料電解液開(kāi)發(fā)匹配技術(shù)，高電壓輔助配套材料的匹配技術(shù)，高電壓輔助配套材料的表面改性技術(shù)。

目前三元?jiǎng)恿﹄姵?，能量密度高，但成本也高；而磷酸鐵鋰電池成本低，但系統(tǒng)能量密度不足。高電壓鎳錳酸鋰則兼具兩者的優(yōu)勢(shì)，預(yù)期比目前具有成本優(yōu)勢(shì)的磷酸鐵鋰電池能量密度高出40%，相應(yīng)成本則降低約30%。

“生產(chǎn)線不用做任何變化?！彼ㄟ^(guò)材料的改變來(lái)幫助行業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效。

“在續(xù)航里程方面，把新能源車不敢開(kāi)空調(diào)的電量給它補(bǔ)上了，電池價(jià)格的下降也能讓新能源車突破了補(bǔ)貼的門檻。”黃學(xué)杰表示。

黃學(xué)杰預(yù)計(jì)，再有一年左右的時(shí)間，部分汽車公司就能用上鎳錳酸鋰電池。

針對(duì)新能源車充電速度瓶頸的問(wèn)題，黃學(xué)杰則開(kāi)發(fā)出以錫為主的高密度處理合金，由于鋰離子在錫介質(zhì)的傳輸速度是其他材質(zhì)的100倍以上，黃學(xué)杰通過(guò)把錫做成納米銀線，混入負(fù)極中，“等于給鋰離子傳輸修了條高速公路，我希望把充電時(shí)間壓縮到10分鐘以內(nèi)?！?/p>

針對(duì)這些能改變應(yīng)用現(xiàn)狀的科研成果，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)已成立創(chuàng)業(yè)平臺(tái)公司啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)化。

03

敢于下海 舍得上岸

這不是黃學(xué)杰第一次創(chuàng)業(yè)。

在開(kāi)公司這件事上，黃學(xué)杰頗有經(jīng)驗(yàn)，而且在中科院系統(tǒng)也獲得過(guò)重大支持，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化起步階段的主要投資人是中科院系的成都地奧集團(tuán)和聯(lián)想控股。

這要從他的研究成果說(shuō)起。

實(shí)際上，黃學(xué)杰在高電壓電池方面是早已開(kāi)展研究，在2000年就通過(guò)表面改性，把鈷酸鋰材料穩(wěn)定循環(huán)的充電電壓由4.2V推到4.5V，容量提升30%以上，隨之發(fā)表了4.5V高電壓鈷酸鋰的首篇論文?！耙?yàn)榭蒲腥藛T就是會(huì)去做自己有興趣的事情，去做引路人。”

在黃學(xué)杰研發(fā)4.5V高電壓鈷酸鋰的時(shí)候，也有人認(rèn)為是胡思亂想，說(shuō)鈷酸鋰從來(lái)就只能做到4.2V，脫嵌鋰量大于50%以后材料結(jié)構(gòu)將不穩(wěn)定。黃學(xué)杰偏要向“虎山行”，后面通過(guò)納米氧化鋁的界面層修飾解決了難題，證明4.5V以下體相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題不是主要矛盾。

接下來(lái)，他將同樣的原理應(yīng)用到錳酸鋰并解決了錳酸鋰的高溫循環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)題。錳酸鋰價(jià)格便宜，更貼近工業(yè)化要求。在成都地奧集團(tuán)等投資人的支持下，2000年黃學(xué)杰自任總經(jīng)理，在石景山區(qū)建設(shè)動(dòng)力電池中試基地--北京星恒。

2001年，研究成果剛出來(lái)，汽車電池還沒(méi)有市場(chǎng)需求，但彼時(shí)國(guó)內(nèi)電動(dòng)自行車數(shù)量龐大，有數(shù)據(jù)顯示，2001年產(chǎn)量達(dá)到近60萬(wàn)輛，生產(chǎn)電動(dòng)自行車整車企業(yè)已超過(guò)300家。

老科學(xué)家何祚庥先生建議道：“電動(dòng)自行車仍在用鉛酸蓄電池，笨重而且污染大，為什么不設(shè)法換成鋰離子電池呢？”中科院領(lǐng)導(dǎo)同意了這個(gè)思路。但項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化需要的經(jīng)費(fèi)令人咂舌。黃學(xué)杰伸出了兩個(gè)手指頭，“兩億！”

院領(lǐng)導(dǎo)聽(tīng)完直搖頭：“中科院重大項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)是2000萬(wàn)，哪來(lái)的2個(gè)億？”說(shuō)歸說(shuō)，但項(xiàng)目還得做，于是院領(lǐng)導(dǎo)建議聯(lián)想集團(tuán)的柳傳志總裁考慮這個(gè)項(xiàng)目。

經(jīng)過(guò)大半年詳盡地市場(chǎng)調(diào)研分析，聯(lián)想投資入股，在蘇州高新區(qū)成立星恒電源啟動(dòng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化。

盡管剛起步時(shí)較為坎坷，但現(xiàn)今的江蘇星恒已成為兩輪車電池的供應(yīng)巨頭。然而，正當(dāng)產(chǎn)業(yè)化步入正軌，黃學(xué)杰卻辭去企業(yè)管理職務(wù)，他要回到物理所做研究。

令黃學(xué)杰哭笑不得的是，為了這個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化，黃學(xué)杰挨了中科院兩位主要領(lǐng)導(dǎo)的批評(píng)。一位批評(píng)他不專心經(jīng)營(yíng)企業(yè)，老惦記著回物理所搞科研；另一位則批評(píng)他不專心搞科研，去外面當(dāng)總經(jīng)理。

黃學(xué)杰則在《科學(xué)日?qǐng)?bào)》的訪談里說(shuō)：知識(shí)分子要敢于下海，舍得上岸。

“當(dāng)成果往應(yīng)用轉(zhuǎn)化的某些關(guān)鍵時(shí)段，科學(xué)家也必須全身心地投入。”功成之時(shí)，黃學(xué)杰選擇了身退。他感慨道，經(jīng)營(yíng)企業(yè)不難找到更有職業(yè)經(jīng)驗(yàn)的經(jīng)理人，但各個(gè)領(lǐng)域更需要一批優(yōu)秀的科學(xué)家長(zhǎng)期耕耘，才能在一代代技術(shù)迭代過(guò)程中立于不敗之地?！爱?dāng)今面臨復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，我們感受尤深?！?/p>

他覺(jué)得科學(xué)家是有情懷的，有些東西是永存的，“行業(yè)不斷地往前走，我們更希望看到的是，產(chǎn)品技術(shù)迭代發(fā)展，我們做過(guò)的每一個(gè)產(chǎn)品都生氣蓬勃?！?/p>