劉玉杰

如果要概括慈立杰的性格，最貼切的詞就是“行動力強(qiáng)”。從埋首傳統(tǒng)金屬材料，到探秘新型材料，再到涉足發(fā)展前景廣闊的鋰電池及新型儲能器件研究，無懼“從頭再來”幾乎成了他的代名詞。行走于科研與產(chǎn)業(yè)之間，慈立杰總能從日常工作中找到閃光點(diǎn)。難能可貴的是，他從不滿足于“看見”。習(xí)慣于說做就做的他，總能由點(diǎn)及面，以扎實(shí)探索、反復(fù)驗(yàn)證的力量開拓全新的研究場景。在他看來，興趣或許是一切研究的開端，而當(dāng)置身相關(guān)領(lǐng)域之中，便催生了責(zé)任和使命。在能源短缺和環(huán)境污染已成為世界范圍內(nèi)巨大挑戰(zhàn)的當(dāng)下，面對能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、綠色發(fā)展體系構(gòu)建等我國亟待解決的重大議題，慈立杰要做的，就是著力開發(fā)新型鋰電材料，打造高安全、高比能的新一代鋰離子電池，為推動高效能量轉(zhuǎn)化與存儲產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

人生的路口

——命運(yùn)偏愛勇者

1990年，自詡“不是很聰明”的慈立杰，成了山東工業(yè)大學(xué)（現(xiàn)山東大學(xué)）的大一新生。與預(yù)想的大學(xué)生活相去甚遠(yuǎn)，進(jìn)入鑄造專業(yè)的慈立杰，開始做起了父母口中“工廠里最臟最累的活兒”，翻砂、鋼水、澆鑄、模型……成了慈立杰學(xué)習(xí)生活中的主旋律。熔爐熾熱、青春滾燙，打磨掉最初的毛躁和不滿，“上承礦、下啟材”的鑄造專業(yè)，也給予了這個埋頭苦學(xué)的年輕人豐厚的饋贈——在這里，慈立杰不僅掌握了扎實(shí)的金屬材料相關(guān)知識，更是從中窺得了前行的路徑。“當(dāng)時也很懵懂，就覺得無論做什么都需要材料?！北е@樣樸素的想法，慈立杰學(xué)習(xí)不輟，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)都留下了他孜孜以求、探索材料世界的身影。

由傳統(tǒng)鑄造到新型金屬復(fù)合材料研究，慈立杰在碩士階段即參與了不少橫向應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目，并獲得了不錯的成績。正當(dāng)他以為自己要沿著這條路繼續(xù)走下去的時候，新的機(jī)遇出現(xiàn)了。待到博士階段，富勒烯（C60）作為一種新型材料“橫空出世”，其可能帶來的行業(yè)變革和新的應(yīng)用前景立刻吸引了慈立杰的注意。這種新型碳材料具有怎樣的應(yīng)用前景？如何將其功用最大化？抱著關(guān)于新材料的諸多猜想，慈立杰從工程應(yīng)用批量制備的角度出發(fā)，在導(dǎo)師吳德海教授的帶領(lǐng)下，他“辭舊迎新”，就此開始了新型碳材料的合成及應(yīng)用的相關(guān)研究。

悠長的學(xué)習(xí)時光帶給慈立杰的除了“動心忍性”的磨礪，更有對于研究成果實(shí)用性的執(zhí)著。在慈立杰看來，“實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)”是一切材料投入應(yīng)用的基礎(chǔ)條件，研究產(chǎn)業(yè)化的合成手段就成為他探索新材料世界的重要著力點(diǎn)。以此為開端，慈立杰先后提出“浮動催化化學(xué)氣相沉積法連續(xù)制取碳納米管”“立式浮動催化化學(xué)氣相沉積法大批量制備單層碳納米管”等新型合成手段，基于對“落地”的不懈追求，也讓他的研究成果呈現(xiàn)出極強(qiáng)的實(shí)用性——經(jīng)過多年發(fā)展，當(dāng)初慈立杰提出的合成方案早已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，相關(guān)研究方向也吸引一代代后來人繼續(xù)前行。

“我學(xué)得越多，就感覺懂的越少?！饼嫶蠊妍惖牟牧鲜澜缥攘⒔懿粩嗵綄?，他也急切地希望能夠“走出去看看”，以不斷拓寬自己的認(rèn)知邊界。在結(jié)束中國科學(xué)院物理所的博士后研究后，慈立杰立即著手申請留學(xué)，法國中央理工學(xué)院、德國馬克斯-普朗克金屬所、美國仁爾斯勒理工學(xué)院，先后成了他觸摸新型碳材料相關(guān)研究的前沿陣地。如今想來，“那時不是一個穩(wěn)定的狀態(tài)，就是到處漂。還帶著家庭、孩子一起漂”，然而探索新知、得見世界的興奮讓慈立杰扛過了這些辛苦。功不唐捐，這段“漂泊歲月”，讓慈立杰的科研方法不斷精進(jìn)、科研作風(fēng)持續(xù)提升，回憶當(dāng)年，他笑稱“覺得自己是有長進(jìn)的”。在仁爾斯勒理工學(xué)院從事科研工作期間，慈立杰更是收獲了驚喜的“意外發(fā)現(xiàn)”：在一次常規(guī)的碳納米管陣列生長過程中，慈立杰發(fā)現(xiàn)了一種特別黑的材料?！昂诘绞裁闯潭饶?？我們用拉曼光譜激光光斑檢測這種材料時，激光光斑竟然會直接消失，這意味著就連高亮度的激光也無法得到反射。”經(jīng)過測算，這種材料幾乎比美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院用作當(dāng)前黑色基準(zhǔn)的碳物質(zhì)黑了近30倍，它接近于科學(xué)家夢寐以求的理想黑色，幾乎能吸收所有的光，而且還不反射光。抱著好奇的想法，慈立杰查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)“這個材料的各項(xiàng)指標(biāo)都是最黑的”。“大家開玩笑說，既然這么黑，那我們也得申請一個吉尼斯世界紀(jì)錄去！”慈立杰笑著回憶道，“沒想到這個紀(jì)錄還真的申請下來了，這種材料也就被樸實(shí)地命名為‘最黑人造材料’?！背酥?，慈立杰還在碳納米材料的其他應(yīng)用方向進(jìn)行了積極探索，如柔性儲能器件、“人造壁虎腳”、高強(qiáng)碳納米管纖維、高能量吸收的碳納米復(fù)合材料等。國外自由的學(xué)術(shù)氣氛充分釋放了慈立杰活躍的科研天性，他將其描述為“那時候是學(xué)術(shù)成果很豐盛的一段時光”。

學(xué)有所成，慈立杰終于結(jié)束了“學(xué)漂”生涯，以研究科學(xué)家的身份進(jìn)入美國萊斯大學(xué)，他的生活似乎終于進(jìn)入了一種穩(wěn)定的狀態(tài)。然而對“做有用科研”的堅(jiān)持讓慈立杰產(chǎn)生了新的思考，所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，徜徉科研領(lǐng)域多年的慈立杰決心去產(chǎn)業(yè)界親眼看一看。就此，他毅然決然地結(jié)束了來之不易的平順生活狀態(tài)，成了三星美國圣何塞研究中心的首席科學(xué)家。

入職企業(yè)，慈立杰最直觀的感受，就是得以觸碰行業(yè)發(fā)展最前端的需求——“從高校轉(zhuǎn)到企業(yè)的一個最大的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上就是做高科技產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的事情。”基于新型碳材料，特別是碳納米管及石墨烯的廣泛應(yīng)用前景，慈立杰就勢展開了以新型碳材料為主的復(fù)合材料在光電領(lǐng)域及儲能領(lǐng)域的應(yīng)用研究，以鋰離子電池為代表的能量轉(zhuǎn)化與存儲領(lǐng)域也自此向慈立杰敞開了大門。

在慈立杰看來，做材料基礎(chǔ)研究的意義，就是盡可能提升所研材料的各種性能，同時為其找到更好的應(yīng)用場景。傳統(tǒng)的化石能源總有用盡的一天，清潔、高效、低價的替代性能源成為世界各國投入大量研究經(jīng)費(fèi)的科研熱點(diǎn)。其中，研究較為成熟的鋰電池?zé)o疑是一種較為理想的新能源解決方案，而讓慈立杰興奮的是，自己鉆研多年、熟稔于心的新型碳材料在這一解決方案中“大有可為”。選定方向，毅然前行。慈立杰自認(rèn)從不缺乏“重新來過”的勇氣，這一次，這個勇敢者同樣以堅(jiān)定的姿態(tài)，再次調(diào)整方向，將全部精力投入鋰離子電池和其他儲能器件的相關(guān)研究領(lǐng)域中，他期待將自己關(guān)于新型碳材料的研究成果轉(zhuǎn)化為推動行業(yè)發(fā)展的重要動力。

無悔的選擇

——“我是來做產(chǎn)業(yè)的”

硅谷層出不窮的創(chuàng)業(yè)活動，深深觸動了置身其中的慈立杰，高科技新材料領(lǐng)域日新月異的發(fā)展也讓慈立杰“自己去做點(diǎn)什么事”的想法有了實(shí)現(xiàn)的可能。恰逢此時，母校山東大學(xué)向慈立杰遞出了橄欖枝，國內(nèi)相關(guān)應(yīng)用研究領(lǐng)域方興未艾，對始終懷有報(bào)國之志的慈立杰來說，這可謂是“天時、地利、人和”。沒有太多猶豫，慈立杰立刻打點(diǎn)行裝，在2013年回到了暌違十年的祖國。

重回高校，慈立杰的想法卻與常規(guī)認(rèn)知頗為不同：“我是來做產(chǎn)業(yè)的?！贝攘⒔芊较蛎鞔_，“產(chǎn)業(yè)化、實(shí)際應(yīng)用、有用”成了他的主題詞。以高科技新材料領(lǐng)域?yàn)榍腥朦c(diǎn)，慈立杰在材料、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化等方向“多向出擊”，在充分重視基礎(chǔ)研究的前提下，與一線企業(yè)共同搭建良性的、有效的互動模式，推動我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、有國際競爭力的自支撐科研-應(yīng)用循環(huán)體系快速形成。在積極倡導(dǎo)綠色可持續(xù)發(fā)展的大背景下，推進(jìn)高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，推動新能源汽車等產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展新能源材料等先進(jìn)功能材料技術(shù)，發(fā)展清潔高效能源技術(shù)推動能源革命已成為我國現(xiàn)階段科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向;2020年，“雙碳”承諾更彰顯了我國產(chǎn)業(yè)專業(yè)的堅(jiān)定決心和強(qiáng)大信心。從緩解能源危機(jī)、大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)、早日實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)出發(fā)，慈立杰敏銳地抓住了開發(fā)兼顧高能量密度和高安全性能的新一代固態(tài)鋰電池體系的風(fēng)口，在相關(guān)研究領(lǐng)域不斷加碼。

據(jù)了解，現(xiàn)階段鋰離子電池主要存在兩個棘手問題：其一，目前商用鋰離子電池正、負(fù)極材料容量已基本接近各自的理論極限值，商業(yè)化產(chǎn)品能量密度大多低于300Wh/kg，遠(yuǎn)低于《中國制造2025》規(guī)劃提出的“我國動力電池的單體能量密度要在2025年和2030年分別達(dá)到400Wh/kg、500Wh/kg”之標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展對高能量密度的需求;其二，目前商用的鋰離子電池多采用易燃、易揮發(fā)的液態(tài)電解液，在電池濫用或受到外力沖擊的情況下易發(fā)生燃燒或爆炸，存在極大安全隱患，近期頻發(fā)的電動車自燃事件也印證了這一論斷。堅(jiān)持問題導(dǎo)向，以釋放電池正負(fù)極“潛能”、選取高穩(wěn)定性電解質(zhì)為目的，慈立杰不斷探索著下一代鋰電池的全新可能性。

利用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池，是解決目前鋰電池能量密度低和安全性差問題的優(yōu)良方案?；诠虘B(tài)電解質(zhì)不易燃且具有較高的熱穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度的特征，采用固態(tài)電解質(zhì)可以使固態(tài)動力電池的安全性能得以有效提升。方法之外，慈立杰還在材料的“品質(zhì)”方面加碼，以高性能固態(tài)電解質(zhì)的制備創(chuàng)新為著力點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)第一次制備了片狀的鋰鑭鋯氧（LLZO）無機(jī)陶瓷顆粒，并借由進(jìn)一步表面改性獲得高質(zhì)量的界面層，從而增加無機(jī)顆粒的分散均勻性，最終得到高離子電導(dǎo)的有機(jī)無機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)越的離子電導(dǎo)率、高的鋰離子遷移數(shù)及寬的電化學(xué)窗口等性能，并保證了固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的良好接觸。

在固態(tài)電池體系中，選擇合適的正負(fù)極體系同樣十分關(guān)鍵。哪種材料才是傳統(tǒng)正負(fù)極材料的“革命者”？這個答案并不唯一。以負(fù)極為例，硅負(fù)極和鋰負(fù)極都是目前研究重點(diǎn)。而正極活性材料目前可以勝任大規(guī)模能量存儲的選項(xiàng)主要有磷酸鐵鋰（LFP）和三元鎳鈷錳（NCM）。面對這一情況，慈立杰選擇在復(fù)合正負(fù)極材料設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面下足功夫。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員使用快離子包覆構(gòu)建正負(fù)極鋰離子傳輸網(wǎng)絡(luò)，保證正負(fù)極循環(huán)過程中離子快速傳輸，最大限度提高整體電池的倍率及循環(huán)容量。在他看來，即使材料選擇眾多莫衷一是，也可以憑借優(yōu)良的“通道”實(shí)現(xiàn)效果最大化。

此外，電池組裝工藝的創(chuàng)新也被慈立杰納入“提升”的過程中。相比液態(tài)電池，固態(tài)電池在結(jié)構(gòu)上更為緊湊，固態(tài)電解質(zhì)取代了隔膜和電解液，同時起到隔絕正負(fù)極和傳導(dǎo)離子的作用，這種變化也決定了二者在生產(chǎn)和裝配流程上的差異。針對這一情況，慈立杰通過濕法流延工藝、干法電極制備工藝等創(chuàng)新，獲得了高界面相容性的全固態(tài)電池，保證了電解質(zhì)與正負(fù)極之間的充分接觸及厚度控制，實(shí)現(xiàn)能量密度最大程度的提升。從結(jié)構(gòu)到工藝，慈立杰的研究成果成為推動固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用的重要力量，固態(tài)電池在諸如移動設(shè)備、電動汽車、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，也讓慈立杰距離產(chǎn)業(yè)化的夢想更近了一步。

與此同時，開拓新型二次電池體系——鋰空氣（氧氣）電池的相關(guān)研究領(lǐng)域也是慈立杰在做的重要工作。據(jù)慈立杰介紹，鋰空氣（氧氣）電池主要由金屬鋰負(fù)極、電解液和空氣催化正極構(gòu)成，其理論能量密度高達(dá)3500Wh/kg，十倍于傳統(tǒng)的鋰離子電池，其實(shí)際能量密度與汽油相當(dāng)，遠(yuǎn)超現(xiàn)有的如鉛酸電池、鋰離子電池、鋅空氣電池和鋰硫電池等能源存儲體系，被主要發(fā)達(dá)國家認(rèn)定為可替代汽油內(nèi)燃機(jī)的下一代儲/供能系統(tǒng)。然而由于其工作環(huán)境的復(fù)雜性，許多基礎(chǔ)性問題仍舊未能徹底解決。為此，慈立杰正在通過構(gòu)筑高效的空氣正極催化電極、穩(wěn)定安全的金屬鋰負(fù)極和電化學(xué)穩(wěn)定的電解液等方式，為這一鋰電池發(fā)展理想方案的未來應(yīng)用鋪平道路。

科研碩果累累，慈立杰的目光卻沒有局限于實(shí)驗(yàn)室中。面對“教授創(chuàng)業(yè)”的質(zhì)疑聲，慈立杰從未退縮。他堅(jiān)信，自己誕生于硅谷的“做產(chǎn)業(yè)”的愿望，可以在中國這片奇跡的土地上生根發(fā)芽。2019年，慈立杰成為哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授，他的夢想也在深圳這片創(chuàng)業(yè)熱土上閃爍出新的光輝。

以扎實(shí)的科研成果作為基礎(chǔ)，搭建面向需求、面向市場的技術(shù)型創(chuàng)業(yè)公司，將高校研究團(tuán)隊(duì)與公司研究團(tuán)隊(duì)的步調(diào)統(tǒng)一起來，形成良好的幫助促進(jìn)效應(yīng)，科研和產(chǎn)品互為支撐，目前慈立杰親自“掛帥”的深圳市索理德新材料科技有限公司已進(jìn)入這樣“比較理想的狀況”。基于高?？蒲谐晒?，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，公司已實(shí)現(xiàn)高能量密度硅碳負(fù)極、氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化。在這里，高校與企業(yè)的合作不再是牽強(qiáng)的“拉郎配”，而是形成了兼顧基礎(chǔ)性研究、應(yīng)用性探索及產(chǎn)品生產(chǎn)的高效率產(chǎn)出模式，“我們做科研的最終目的是實(shí)現(xiàn)行業(yè)的‘自支撐’，企業(yè)和高?？蒲兄g要有一個良性互動、互相反饋的過程，最終讓產(chǎn)業(yè)落地的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這是我們的愿望，現(xiàn)在看來，這也是我們教授創(chuàng)業(yè)的優(yōu)勢?！贝攘⒔茏孕诺卣f。

桃李自成蹊

——長久踏實(shí)地走下去

專注實(shí)踐、矢志實(shí)業(yè)，“做有用的研究”不僅是慈立杰的座右銘，也成了他教授學(xué)生的一條準(zhǔn)則?！翱蒲惺澜缡呛艽蟮?，但是不能抱著‘玩玩花樣’的心態(tài)做研究，更不能以發(fā)文章為目的做研究，那都是沒有意義的?！睈坌Φ拇攘⒔茈y得嚴(yán)肅地強(qiáng)調(diào)了自己的教學(xué)態(tài)度，“在科研過程中，我總是極力地激勵和引導(dǎo)我的學(xué)生去做‘有用的研究’，去做能落地、能實(shí)用的研究。在我看來，讓學(xué)生得到系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，奠定扎實(shí)的科研基礎(chǔ)，接觸產(chǎn)業(yè)實(shí)際應(yīng)用的前沿，都是我要做的事情。”

為了這個目標(biāo)，自述為在鋰電池研究領(lǐng)域“半路出家”的慈立杰，每次給本科生和研究生上課前都要用大量的時間備課。他說：“要給學(xué)生上兩小時的課，我至少要準(zhǔn)備四五個小時，即使講過的內(nèi)容也要認(rèn)真準(zhǔn)備。教學(xué)是責(zé)任，絕不能糊弄學(xué)生。在鋰電池這個領(lǐng)域，我也是‘現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣’，要不斷理解、不斷深入、邊學(xué)邊教，以我的親身經(jīng)歷，為學(xué)生展示高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一角，也在交流實(shí)踐過程中打造學(xué)生的工程化思維，是一個非常美妙的過程。”

傳道受業(yè)解惑，在慈立杰的心血澆灌下，屬于他的科研團(tuán)隊(duì)也逐步形成。與一般團(tuán)隊(duì)不同的是，這是一支致力于產(chǎn)業(yè)化的高效團(tuán)隊(duì)。這里不僅有專注科研的高校學(xué)生、歸國人才，也有具有多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的資深研發(fā)人員和銷售人員。從科研到應(yīng)用，慈立杰以言傳身教的方式，為新一代材料人垂范，而其反復(fù)強(qiáng)調(diào)的產(chǎn)業(yè)思維，也正成為團(tuán)隊(duì)不斷奮進(jìn)、斬獲佳績的重要力量。

一路走來，皆有痕跡。鋼水中凝練的堅(jiān)韌，碳納米材料和儲能材料與器件實(shí)驗(yàn)室里誕生的夢想，逐浪產(chǎn)業(yè)潮頭的雄心壯志，成就了今天的慈立杰。談及未來的發(fā)展，慈立杰認(rèn)為，“上書架”“上貨架”是研究工作的最高境界。所謂“上書架”，就是要做好基礎(chǔ)研究，做出“好材料”，為后續(xù)的研究和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);所謂“上貨架”，則是要面向新能源汽車和規(guī)模儲能的市場需求，積極落地能夠產(chǎn)業(yè)化的研究成果，并與企業(yè)展開橫向研究等多種形式的合作，切實(shí)為應(yīng)用服務(wù)，搭建產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的大領(lǐng)域、大聯(lián)盟。在慈立杰看來，這對團(tuán)隊(duì)建設(shè)和整個學(xué)科的發(fā)展來說都是難得的機(jī)遇?！鞍鸦A(chǔ)研究做好，把產(chǎn)業(yè)做好，然后將二者聯(lián)系起來，形成一個良性循環(huán)，我覺得這就是最佳狀態(tài)。充分發(fā)揮自己做研究的特長，發(fā)掘國內(nèi)外、校內(nèi)外的各種合作可能性，為真正的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供支撐，這是國家交給我們的使命。這個過程雖然沒那么順利，但畢竟做事情肯定不會一帆風(fēng)順，特別是做產(chǎn)業(yè)化。但是我的心是很堅(jiān)定的，直到今天，我仍然對科研和產(chǎn)業(yè)化工作充滿了新鮮感，未來我期待能夠更長久、更踏實(shí)去做這些事，不辜負(fù)國家的期待?！?/p>

（責(zé)編：唐一白）