从科大少年班开始的重塑人生 第160节

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。比如我们现在用的心脏起搏器，手机电池等小型的电池。至于锂离子电池都还没什么进展。

由于技术专利问题，我们国家虽然有了一定的进展。可要完全绕开这些壁垒是很难的，所以实验进程也是卡住了。”

吴哲愣了下，这他娘的锂电池才发展到锂金属电池，现在锂离子电池还没完全开发出来。

而自己熟悉的却是最新的锂硫电池，这可是给轿车使用的东西。这不是拿着大炮打蚊子吗？而且他对于更先进的锂空电池他也有一定的了解。

这该怎么说？总不能让别人一上来就把前面的实验停了，而改成自己的锂硫电池吧！

挠了挠头，吴哲有点无奈道：“韦教授，你能说说我们在哪里的研究上有问题吗？”

“主要是在充电、放电这一块。还有负极材料这块。里面的电解液也有问题。还有是电池的膨胀率上面。嗯，电压也只能控制在3.7V这个数，而不能达到国际上的4.8V这个数值。”说这些，韦教授也有点脸红。可以说这全是要解决的问题。

吴哲有点无语，这不相当于没说吗？

“这样，韦教授。我提供材料给你们，你们可以先试试。如果有效果我们再往后面进行。说实话，我要做的东西可能与你们想的不是一个东西。为了你们能支持我说的，我们先完成你们的锂离子电池，这些对于小型的电子设备还是非常有作用的。”

韦汝言愣了下，瘦小的身躯一把抓住吴哲急声道：“你说小型的电子设备，难道你说的锂电池能作为大型驱动源。”

吴哲点点头肯定道：“能让车跑起来的那种！我说的时候，我还以为齐院长明白呢？”

齐志信这会也是一脸无辜道：“我又不是研究这个的，我研究的原子能。只是你在说到能源的时候我习惯性的比较重视而已。”

“走走，去实验室。先看看你的锂离子电池怎么样？”老爷子别看瘦小，这会发起急来。直接拖着吴哲走。

“哎，哎！韦教授，你别急啊！你先把我放下来，我又不会跑。”吴哲还不敢挣扎，怕伤着这位老教授。

齐志信跟在后面有点好笑，看着从来都是从容不迫的吴哲，被瘦小的韦汝言给拖着走。有种说不出的反差萌。

三人进了材料实验室，这会里面还有五六个人在干活。吴哲估计这些都是韦汝言带的硕博生。

进去后，大家也好奇的看着吴哲这位科大名人。心中也都暗暗想着：这位怎么来材料研究室？他一个搞数学的来玩材料？

韦汝言进了实验室才放开吴哲。对着大伙拍拍手吸引了所有人注意后，开口道：“吴哲，我们科大的宝贝疙瘩。都认识吧？今天开始参与我们的课题。”

大家也很给面子的鼓掌欢迎，吴哲笑着致意了下。

“吴哲，先说可以改进的材料。别浪费时间。”韦汝言直接开口道。这些问题已经困扰他的团队很久了。

“你们现在用的负极材料基本上都是碳素材料吧？比如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。”吴哲开口问道。他自然知道只有用这些材料才会出现韦教授说的一些情况。

大家都点了点头，这些材料算是国际上的通用材料。

因为锂电池充电正极上发生的反应为：

LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为：

6C+xLi++xe-= LixC6

充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

这里就必须用到碳材料，这是锂电池充放电的理论依据。

“正极材料用：磷酸铁锂(LFP)，负极用：纳米氧化钛和纳米氧化硅试试”吴哲淡淡的说道。

“纳米氧化钛和纳米氧化硅？吴哲，这磷酸铁锂做正极材料我理解，可负极材料上我们还要先合成纳米氧化钛和纳米氧化硅，这可不是简单的事情。”韦汝言喃喃道。

“你们是化学材料系的，别和我说不会合成纳米氧化钛和纳米氧化硅。”吴哲有点郁闷，难道这知识也超前吗？他们要不会，那自己还得一步步教他们。

“那倒不是，只是麻烦了点。你能不能和我解释下里面的原理。”韦汝言是没明白为什么负极材料要改成纳米氧化钛和纳米氧化硅。

吴哲轻呼一口气，能做出来就好。“其实反应原理是一样的，只是电解液会有一些不同，先做吧！有效果后，你们自己总结。”

“你们还愣着干什么？按照吴哲说得动手啊！这饭还得一口口往你们嘴里喂还是怎么的？”韦汝言见自己的学生都站着不动，开口骂道。

见自己老板发火，一群人赶紧分工忙活起来。做正极材料的做正极材料，弄合成的弄合成。

科大的科研实力也真不是说说的，前后才半天时间，吴哲需要的纳米氧化钛和纳米氧化硅已经弄好。

午饭，吴哲和齐院长，韦教授都是在实验室外匆匆对付了一口。

实验开始，设置保护板，这是一个防止锂电池爆炸的装置，上面有充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项保护。

先是充电实验，很容易就来到了3.6V的标准线。一名学生报告道：“锂原子损失只有一成，是否加大过充电压。”

韦汝言听得一喜，以前到这可要损失一半的数量。大声喊道：“加大到4.2v.”

“老师，锂原子损失不到两成。表现优异。”另一个学生惊喜的喊道。

“好，重复过压充电实验。”韦汝言这会也振奋道。要知道以前都没达到过4.2v这个坎。

正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格会垮掉，让电池产生永久性的容量损失。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会分解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓胀破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。

所以用了吴哲提出的材料后，能立马就有这样好的体现。由不得韦汝言不兴奋。这会他盯着吴哲的神情，都已经像看自己的媳妇差不多了。

经过反复实验，完全已经达到甚至是超出预期。吴哲还进一步的提出了导电涂层的问题。

在锂电池的正极集流体——铝箔表面的涂上一层导电涂层，材料为铝箔。涂上这种材料后，导电涂层在锂电池中能有效提高极片附着力，减少粘结剂的使用量，同时对锂电池的电性能也有显著提升。

至此，传统型的小型电子用锂电池只花了吴哲一天功夫就在他手里成功了。

第278章 明面上的难度，就让人望而却步

“韦教授，后面的电池寿命以及物理特性等实验我就不参与了。”吴哲不想在这个实验当中再浪费时间，直接把后续的验证实验扔给了韦教授。

“没问题，这最大的难关都破了，那些小事交给他们就行。”韦教授指着那些还在忙碌的学生道。

齐院长在旁边看着两人都没说到科研归属问题，在旁边插嘴道：“老韦，怎么样？你一直在头疼的问题，吴哲过来可只有一天就帮你搞定，水平还可以吧？”

“厉害啊！我到现在感觉还有点不真实。这下看国外怎么说？我敢说这项技术绝对的走在了世界的前列。他们现在还在用的锂金属电池，我们这锂离子电池都搞出来了。”韦汝言还沉浸在技术突破的喜悦当中，完全没领会齐志信的意思。

齐院长只能轻咳了几下道：“老韦，你看吴哲居功至伟，这科研成果的归属权和专利权是不是应该给吴哲？”

韦汝言愣了下后，反应过来怒道：“齐院，我韦汝言是那种贪图别人科研成果的人？”

齐院长打着哈哈笑道：“你当然不是这种人。只是我这做院长的，当然要给我的学生提一下。”

吴哲心里感激自己院长，也不会让齐院长下不了台。当即说道：“这样吧！毕竟是在学校弄出来的，我和学校的专利一人一半怎么样？这不是什么大不了的事情？”

“不行！”“不行！”两个声音同时响起。

齐院长看了眼吴哲道：“你是好心，可有时好心不一定能办好事。这一没申请科研资金，二没申请课题。要都想像你这样，在校研究出的东西都归学校，那会造成人才外流，以及没人想再搞科研成果的。”

韦汝言在旁也是点点头，他也是这个意思。

吴哲对这个锂离子电池完全是没怎么放心上。想了下后道：“这样，专利归我。论文算是一起合作的，你们来写，到时给我个通讯作者就行。”

韦汝言看了看在忙碌的那些学生，拒绝的话没说出口。这些人跟着他搞锂离子电池，已经是辛苦了很久。狠了下心道：“吴哲，后续的论文不用你操心。一作还是你，可我希望后面能加上那些帮着实验学生的名字，通讯作者我就厚着脸皮要了。”

吴哲还想拒绝，齐院长拉了下吴哲。直接帮着回答道：“行，老韦。就按你说的办。”

然后又岔开话题道：“吴哲，说说你所谓的锂电池是什么东西。竟然可以做汽车的动力源。”

听到齐院长的问话，韦汝言也是转移了注意力，等着吴哲的解释。

“韦教授，你听过锂硫电池吗？”吴哲没急着解释，而是反问道。

“呃，听说过。这还是最近提起的一个概念性的学术问题。”韦汝言是这方面的专家，对于锂电池最新方向上的新概念还是了解的。

“我说的锂电池，就是锂硫电池。”

听到吴哲的话语，韦汝言皱眉：“吴哲，你知道这里面有多少难关要攻克吗？这不像是锂离子电池一样，工艺成熟，只要找到合适的正负极材料就行。你这如果能搞出来，国家自然科学一等奖都是你的。”

齐院长听韦教授连自然科学一等奖这种话都说了出来。忙问道：“很难？刚刚吴哲弄那个锂离子电池不是很快吗？”

韦汝言白了眼齐院长道：“这都不是一个层面的东西，那锂离子电池只能玩玩小型的电子设备。而锂硫电池的根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。”

听完韦汝言的解释，齐院长也是咂舌。他虽然不是这个领域的专家。可基本的物理知识完全没问题。韦汝言的数据一报出来，他就知道这东西有多重要了。

他不光可以驱动汽车等大型的民用物件，在军工领域也会有很大的作用。

而且国家刚刚还在世界环境大会上，对其他国家打了包票。一定会提高国内的空气质量，努力做好减排和净化空气的工作。可以说接下来对环境的治理将会是重中之重。

这个时候如果出现一项没有污染的动力源，那重要性是不言而喻的。而国家对于原油的依赖也将大大减小，这对外交关系也将产生不可估量的作用。

“吴哲你给我个数，有几分把握能搞出来。”齐院长想明白这些后，有些紧张的问道。

呃？吴哲总不能说自己能百分之百搞出来吧！对着两人比划了个手枪的手势。

“八成！”齐院长和韦教授异口同声的叫道。

齐院长狠狠的以拳击掌：“好，吴哲，我相信你。我这就向中科院和部里申请项目和资金，学校内我和常校去谈，你要人给人，要钱给钱。目标只有一个，给我搞出来。”

韦汝言却没有齐院长这么的有信心，他是专业搞这个的。这就如现在有人和齐志信讲：我有八成的把握可以搞出可控核聚变出来，估计齐志信能给他个大耳光。

“老齐，你别激动。事情没那么简单。你知道这里面有多少难点吗？我说几个难点出来，你就明白了。”

看了眼吴哲后，见齐院长对他点点头，示意他说一下。

“第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能

第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中，增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。（Shuttle效应）。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极，与负极反应，破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。

第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液，沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架，无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物，造成了容量的极大衰减。

第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3，在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显著，但在大型电池中体积效应会放大，会产生显著的容量衰减，导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构

第五、锂硫电池使用金属锂作为负极，除了金属锂自身的高活性，金属锂负极在充放电过程会发生体积变化，并容易形成枝晶体。”

抬头又看了看两人道：“这也就是全都知道锂硫电池性能卓越，可现在还处于刚提出理论的阶段。不是不想做，而是这里面问题太多。光明面上的五大难题就已经让人望而生畏。更不用说在实际实验中肯定有更多的问题在等着我们。”

吴哲笑着道：“我会有办法解决的，退一步来说，这些是困难，但有困难我们就不上？韦教授以后要是国外搞出来，设置技术壁垒。那到时我们又将何去何从？是不是还是任他们宰割，然后我们在后面苦苦追赶？”

“好，说得好！”韦教授见吴哲文听完这么多困难后，完全没有畏惧之心。也是大声叫好，现在敢于亮剑的年轻人可不多了。“老齐，我同意你的意见，让吴哲来担纲这项研究，我也会向上面反映的。”

“那行，今天也晚了。我们先回去。明天吴哲你把开题报告给我，等我和常校长商量完，我和他直接去京城科技部找领导。”齐志信见韦汝言也支持，更加坚定自己的想法。

“谢谢院长，我回去后马上写报告。”吴哲感激的说道，自己这一路走来。齐志信院长对他可谓是毫无保留的支持。

“吴哲，你成立项目组后。我把我手里的这批人调给你用。在实验中有任何的问题随时来找我，锂硫电池就拜托你了。”

吴哲佩服韦教授的胸怀，要知道一个成熟的科研团队全给了吴哲。那表示韦教授的其他研究将要停下，这是尽全力在支持他。

吴哲非常郑重的鞠躬感谢，嘴上也铿锵有力的保证道：“定不负你老所托。”

韦汝言教授没有随着吴哲和齐志信离开实验室，而是和他的学生一起做起了锂离子的后续实验。这里能快一分，就能更早一点过去帮吴哲。

吴哲和齐院长步出材料实验室，校园内的路灯已经亮起。

“走，去外面炒两个菜。今天我请你吃晚饭。”齐院长这会还有点兴奋。

“好！”吴哲也不想打扰齐志信的兴致。反正他晚饭也没吃，总要对付一口的。