钠离子电池电动自行车在中科院物理所开展内部测试。胡勇胜供图

　　“如果失败了呢？”

　　“成与不成，这辈子只干这一件事。”

　　当众多人聚焦锂离子电池的时候，中国科学院物理研究所研究员（以下简称物理所）胡勇胜把目光转向了冷门的钠离子电池，“一眼”就是10年。而就是这“一眼”，让他打开了钠离子电池产业化的大门。

　　此时的胡勇胜，已是中科海钠的创始人。不久前，中科海钠生产的全球首款具备自主知识产权的钠离子电池实现量产，目前电芯产能可达30万只/月。

　　从“一枝独秀”到“珠联璧合”

　　有着200余年历史的电池在新一轮能源革命中迎来“大浪淘沙”。上世纪90年代，在众多二次电池中，锂离子电池率先抓住机遇强劲发展。据中关村储能产业技术联盟2019年数据显示，在全球电化学规模储能示范项目中，锂离子电池占比高达80%。

　　然而锂离子电池却面临无法回避的“天花板”。

　　“在二次电池中，锂离子电池的性能虽是最好，但锂资源的储量有限，且70%分布在南美洲，而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”胡勇胜告诉《中国科学报》。

　　“一枝独秀”的锂离子电池已无法全面改变传统能源结构，“百花齐放”的二次电池中，替代或补充锂离子电池的储能技术成为国际新能源技术的竞争热点。

　　不仅如此，曾经的“主力队员”铅酸电池因其不可避免的环境污染及无法满足新国标面临“退役”问题，2019年4 月，《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准规定电动自行车的整车质量（含电池）不高于55kg，但目前市场上铅酸电池电动自行车重量普遍超70kg。

　　“目前碳酸锂大概4万元/吨，如果用锂离子电池替代铅酸电池，电动自行车的成本将大幅上涨。而碳酸钠平均仅有2000元/吨，用钠离子电池替代铅酸电池的优势显而易见。”胡勇胜告诉记者。

　　在胡勇胜看来，钠离子电池具备低成本、长寿命和高安全性能等优势，不仅能在一定程度上成为锂离子电池的补充，缓解锂资源短缺的问题，还能逐步替代环境污染严重的铅酸电池，保证国家能源安全和社会可持续发展。

　　值得一提的是，钠离子电池巨大的储能市场还包括光伏、风能等新能源接入储存系统。据了解，2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度。胡勇胜说：“储能是智能电网的重要环节，钠离子电池因其成本及资源优势将在大规模储能市场中大有作为。”

　　“此外，钠离子电池凭借其诸多优势还有望在低速电动车、电动船、数据中心、通信基站、家庭/工业储能领域快速发展。”胡勇胜表示。

　　“要做用户最需要的”

　　近年来，国际领域纷纷加码钠离子电池研发。2020年，美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。

　　实际上，在胡勇胜团队开展研究时，虽然钠离子电池不是热门领域，但已有其他团队在研究。但胡勇胜给自己定了“做科研就要做用得上的研究，做用户最需要的钠离子电池”的目标：“我们要做老百姓能买得起的低成本、高安全的电池。”

　　“降低电池正负极材料成本”成为胡勇胜团队首先思考的重要课题。目前锂离子电池常用的活性元素是Ni和Co，但成本较高。“能否找到又有活性成本又低的元素替代呢？”通过不断的研究，胡勇胜团队发现Cu在钠离子电池中不但具有活性，且成本只有Co的1/4和Ni的1/2，正是替代Ni和Co的“完美”元素。

　　经过多年的探索，胡勇胜团队最终成功研制出Cu基钠离子层状氧化物正极材料。

　　挑战接踵而至——钠离子电池负极材料成本如何降低？“当时，石墨作为成熟的锂离子电池负极材料却几乎不具备储钠能力；无定形硬碳是众多研究的焦点，但价格较高。通过对碳源前驱体进行调研，我们发现无烟煤的成本平均1800元/吨，如果用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。基于这样的考虑，我们立即开始实验，最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。”胡勇胜回忆道。

　　在团队成员、中科院物理所副研究员陆雅翔看来，成功降低钠离子电池成本的关键在于敢于另辟蹊径、大胆创新。“在当时，国内外对钠离子电池的研究主要集中于借鉴锂离子电池的研发思路，所以迟迟没有突破性的进展，我们另辟蹊径，尝试探索别人忽视的、认为不可能的道路。”

　　在攻克钠离子电池正负极材料成本问题后，胡勇胜团队继续深入挖掘钠离子电池的其他优势，发现钠离子电池不仅拥有更好的安全性，在零下40℃的低温时，钠离子电池汽车还能释放80%的电量，比锂离子电池汽车更加“耐寒”。

　　“此外，钠离子电池汽车充电速度更快，仅需20分钟，接下来将挑战10分钟的充电速度。”胡勇胜告诉记者。

　　对于电池制备而言，建立完整的生产线至关重要但投资巨大。而钠离子电池可以直接使用锂离子电池的生产线，无需重建。“不久前，我们使用锂离子电池生产线生产了8万只钠离子电池。这（用锂离子电池的生产线）让钠离子电池市场化的速度更快。”胡勇胜表示。

　　目前，胡勇胜团队在钠离子电池正负极材料、电解液等关键材料体系和电芯制造、装配工艺等工程技术上都已具备完全自主研发能力，产品核心专利已获得中国、美国、欧盟等多个国家和地区的授权。

　　眼前有产业 脚下有科研

　　胡勇胜与物理所的缘分已有20年。2001年，胡勇胜便来到物理所攻读博士学位，师从中国工程院院士陈立泉。正是这一份师生情谊改变了胡勇胜的职业生涯。

　　博士毕业后，胡勇胜先后到德国和美国进修，就在完成学业之时，陈立泉联系胡勇胜，希望他能回到物理所工作。

　　“我毫不犹豫地就回来了。陈老师心系国家能源安全，从长远出发推动电动中国梦想的实现，不畏困难，敢于挑战，这种精神令我敬佩。此外，陈老师带领的团队有激情、有梦想、有情怀，我非常喜欢团队的科研氛围。”胡勇胜回忆道，自那时起，他就设定了“做用户最需要的钠离子电池，这辈子只做这一件事”的科研目标。

　　胡勇胜也担心会失败：“我也想过可能失败，但如果大家都在观望一个领域时，它可能是机遇，如果大家都已经开始做了，可能它就不再是机会了。”

　　但技术产业化与做科研完全不同。在胡勇胜看来，“基础研究强调前沿性，而产业化要做以用户为导向和市场需要的产品，不能为了新而新。此外，实验室研究阶段很多问题是看不见的，而当进入工程化阶段后，要保证产品的一致性和稳定性，是很有挑战的事情”。

　　“酒香也怕巷子深！”寻找投资人和合作者，为科研成果注入转化资本，是科研成果转化的必经且不易之路。胡勇胜告诉记者，产业化初期，出差作报告、谈合作、找厂家塞满了胡勇胜的日程，“那些年，我不是在出差，就是在出差的路上”。

　　随着钠离子电池产品的优越性能和低廉成本逐渐被国内外所认可，胡勇胜也从最初的主动找合作，转变为越来越多的合作“找上门”，产业化的“羊肠小道”逐渐走成了“康庄大道”。

　　十年磨一剑。今年是胡勇胜团队深耕钠离子电池的第10年，也是中科海钠市场化的“破晓”之刻，他对未来充满了期待。他期待钠离子电池能够走进寻常百姓家，成为守护国家能源安全的“主力军”。

　　“但科研是产业化的基础，在带领团队产业化的同时，还必须潜心科研，为实现钠离子电池充电更快、能量密度更大、安全性更高、成本更低的目标夯实基础。”胡勇胜感慨道。