2023年11月，該年度《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”亞太區(qū)入選者名單正式發(fā)布，中國科學(xué)院物理研究所博士生導(dǎo)師、溧陽長三角物理研究中心特聘研究員、中科固能董事長吳凡入選。

　　《麻省理工科技評論》這樣評價吳凡：“他致力于硫化物全固態(tài)電池和關(guān)鍵固態(tài)電解質(zhì)材料的開發(fā)，改善了它的界面兼容性、電化學(xué)性能、安全性和能量密度等，促進了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”

　　專注研究全固態(tài)電池技術(shù)

　　2011年，從浙江大學(xué)材料學(xué)本科畢業(yè)后，吳凡前往美國北卡羅萊納州立大學(xué)繼續(xù)攻讀材料學(xué)碩士和博士學(xué)位。2014年，他得到了在普林斯頓大學(xué)開展博士后研究的機會，并于兩年后前往哈佛大學(xué)擔(dān)任研究員。

　　近年來，中國動力電池產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，在液態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域取得了顯著進步。但是，隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展，市場對動力電池提出了更高的要求，更可靠、更安全、能量密度更高的電池成為企業(yè)發(fā)力的主要方向，全固態(tài)電池正是路徑之一。這也是吳凡回國的原因。

　　“日本、韓國等國家一直在推進硫化物的全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，從20多年前就已經(jīng)開始布局，一直持續(xù)到今天。硫化物全固態(tài)電池或者說硫化物固態(tài)電解質(zhì)，是最有希望實現(xiàn)全固態(tài)電池的材料體系，我們也一直堅持在做。”吳凡說。

　　2018年，吳凡收到了中國科學(xué)院物理所陳立泉院士團隊的邀約，希望吳凡能回國承擔(dān)全固態(tài)電池及關(guān)鍵固態(tài)電解質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)化的任務(wù)。吳凡沒有猶豫，他知道，自己回國發(fā)揮所長的時機到了。

　　2019年1月，年輕的吳凡作為中國科學(xué)院物理研究所的博士生導(dǎo)師，來到江蘇溧陽擔(dān)任長三角物理研究中心科學(xué)家工作室主任、天目湖先進儲能技術(shù)研究院首席科學(xué)家。為了盡快開展研發(fā)工作，吳凡在入職物理所后的第10天就孤身一人從北京來到了溧陽。一切從零起步，這是挑戰(zhàn)，更是動力。

　　“雖然配套的中試條件、測試分析、失效分析等硬件條件一流，但實驗室和團隊建設(shè)需要從頭開始。”從規(guī)劃實驗室、采購設(shè)備，到逐步創(chuàng)建硫化物全固態(tài)電池實驗室，上到國家、省、市科研項目的申請，下到實驗室每一條規(guī)章制度的建立，團隊人員與博士生的安置等，事無巨細，吳凡都希望能做得周全。

　　“我們在溧陽建立實驗室，得到了溧陽市委、市政府在硬件及團隊成員生活配套等方面很大的支持，這使團隊能夠?qū)Ｗ⒂诳蒲屑爱a(chǎn)業(yè)化工作。”吳凡說，當?shù)卣€積極推動團隊的科研成果產(chǎn)業(yè)化，依托溧陽布局較為完善的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈，讓產(chǎn)業(yè)孵化有了適宜土壤。

　　推進動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　近年來，中國多次通過政策鼓勵發(fā)展固態(tài)鋰電池。2020年11月，國務(wù)院下發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，其中指出，“加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。中國汽車工程學(xué)會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中也曾提到，“固態(tài)電池研發(fā)力度加大，并布局全固態(tài)鋰離子和鋰硫電池等新體系電池研發(fā)。”

　　從行業(yè)角度來看，當前電動汽車、航空航天、大規(guī)模儲能等領(lǐng)域的高速發(fā)展，對電池的安全性、能量密度、使用壽命和溫度范圍都提出了更高的要求，全固態(tài)電池由于自身的高能量密度和安全性，被廣泛認為是最有可能解決上述問題的下一代核心儲能技術(shù)。但是，鋰枝晶等問題尚待解決，成為制約全固態(tài)電池性能的難點。

　　為此，吳凡帶領(lǐng)團隊開發(fā)了一種硬碳穩(wěn)定化的鋰硅合金負極，擴大了活性區(qū)域并減輕了應(yīng)力集中，從而改善了電極動力學(xué)和機械穩(wěn)定性，一定程度上實現(xiàn)了硫化物全固態(tài)電池的長循環(huán)壽命、高電流密度、大放電倍率以及高面容量。

　　吳凡團隊還開發(fā)出氣相合成硫化物電解質(zhì)方法，該方法的優(yōu)勢在于具備較高的水穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性。引入氣相合成方法，可以實現(xiàn)在空氣中進一步制備空氣穩(wěn)定的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，從而大幅簡化了制備過程，解決了硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料在生產(chǎn)制備、運輸、儲存及使用等環(huán)節(jié)中，對環(huán)境要求嚴苛的難題，使其量產(chǎn)及應(yīng)用成為可能。

　　如今，吳凡團隊已在溧陽建立起了500平方米的專業(yè)硫化物固態(tài)電池實驗室，培養(yǎng)了博士后、碩博研究生、工程師等40余位研發(fā)人才，搭建起1.5萬平方米的研究基地。

　　在溧陽工作的4年間，吳凡領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家工作室申請了60余項國內(nèi)、國際發(fā)明專利，發(fā)表了92篇SCI論文，承擔(dān)了15項國家級、省部級重點項目。隨著專業(yè)的硫化物固態(tài)電池實驗室建成，團隊在硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料的成本、空氣穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性、成膜工藝等方面取得進展。

　　探索千億規(guī)模市場

　　去年9月，中科固能硫化物全固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)基地項目簽約儀式在江蘇省常州市舉行。中國工程院院士陳立泉通過視頻參加儀式并致辭。

　　據(jù)吳凡介紹，該項目將分兩期進行。其中，一期總投資為10億元，將進行全固態(tài)硫化物電解質(zhì)材料的大批量生產(chǎn)，預(yù)計2025—2026年具備滿產(chǎn)能力，同年將開啟硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜、原材料、全固態(tài)電芯小試。二期總投資為50億元，規(guī)劃于2030年之前建成全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)園，配套的上下游產(chǎn)業(yè)鏈將形成千億規(guī)模市場。

　　按照計劃，中科固能硫化物全固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)基地項目，將建成世界范圍內(nèi)具有代表性的百噸級規(guī)模化制備硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線，為未來萬噸級別硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備提供充分的實踐經(jīng)驗和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，在設(shè)備設(shè)計、工藝路線等方面將擁有關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán)。

　　“我們將依托中科院物理所、長三角物理研究中心和天目湖先進儲能技術(shù)研究院，持續(xù)深耕硫化物固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電池領(lǐng)域研發(fā)，并開展大量基礎(chǔ)科學(xué)實驗和小中試試驗，在現(xiàn)階段開展中大型規(guī)模生產(chǎn)線的建設(shè)基礎(chǔ)上，圍繞硫化物固體電解質(zhì)關(guān)鍵材料、固態(tài)電解質(zhì)膜和全固態(tài)電芯的工程化放大依次布局，開發(fā)相關(guān)定制化設(shè)備，努力形成產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，為中國搶占下一代高能量密度高安全長壽命全固態(tài)電池技術(shù)主導(dǎo)權(quán)做出自己的貢獻。”吳凡說。

　　從出國深造到回國創(chuàng)業(yè)，吳凡很有感觸。他說，留學(xué)歸國人員可以利用在海外學(xué)習(xí)、工作積累的經(jīng)驗，將海外資源與國內(nèi)實際相結(jié)合，為科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步做出貢獻。同時，可以通過提供海外視角和建議，推動行業(yè)政策制定與國際接軌。“我們還可以利用自身語言和跨文化交流的優(yōu)勢，積極開展中外交流活動，增進不同國家民眾之間的相互理解和信任，促進國際友好合作；發(fā)揮‘傳幫帶’的作用，為國內(nèi)年輕人提供職業(yè)發(fā)展指導(dǎo)和幫助，培養(yǎng)更多具有國際視野和競爭力的優(yōu)秀人才。”吳凡說。