——记中国矿业大学锂离子电池课题组（实验室）组长庄全超
本刊记者  张春壮

    
        2013年，中国矿业大学材料科学与工程实验室主任、锂离子电池课题组（实验室）组长庄全超走进了他的不惑之年。
        如果说所谓不惑是经岁月沉淀之后对人生的判断，那么，他的方向感一直都存在于科研生涯的选择中，每走一步，都没忘记自己想要的是什么。

找到方向，从未离开

        大学毕业之前，庄全超几乎没有离开过安徽。
        1990年，17岁的庄全超进入阜阳师范学院化学系，主修化学教育。不出意外的话，将来也许就是一位站在三尺讲台上的中学化学教师。然而人生总是会超出意料。四年的本科学习后，庄全超对化学有了更高的追求。1994年8月，他一脚踏进西北核技术研究所，师从前苏联科学院无机化学所副博士、专业技术少将陆兆达研究员，研究方向也从有机合成跨到无机氟化物合成与应用，走上了对锂离子电池的探索之路。
        从皖北到西北，庄全超体验到了不同的粗犷。而在陆兆达将军的耳濡目染下，他也更加深刻地理解了研究背后的责任，再未松懈过对专业精益求精的追求。1997年，他顺利拿到了硕士学位，随后被留在西北核技术研究所工作。之后的十年，他先后在第七研究室和第九研究室担任研究实习员和助理研究员。期间，还前往厦门大学化学化工学院，跟随国家级教学名师孙世刚教授攻读物理化学专业博士学位，主要研究集中在锂离子电池电极界面反应机制上。那段时间，他参与了国家重点基础研究和发展规划项目——绿色二次电池新体系相关基础研究的工作，在锂离子电池电极界面特性研究方面表现出了出色的才能。2007年12月，庄全超从西北核技术研究所转业至中国矿业大学材料科学与工程学院工作，开始了另一段人生。
        绳锯木断，水滴石穿。时光的力量总是不容小觑的。十余年过去，穿上或者脱下军装，对庄全超来说已经没有什么分别。那身军绿下面所蕴藏的硬汉气质早已深入到他的骨髓，无论再走到哪里，也抹不去行动间的果敢与坚毅。
        2007年12月，他被评为副教授之后在中国矿业大学人才引进经费、中国矿业大学科技攀登计划、中国矿业大学学科建设经费（985专项）和教育部修购专项的支持下，他作为负责人和学术带头人主持建设了锂离子电池实验室，组建了锂离子电池研究团队。
        对于那段“起家”的过程，庄全超并不习惯多谈，他所看重的是实验室终于站了起来，可以与众多志同道合的伙伴和学生为了共同的理想一起奋斗。
        “目前，我们主要从事低成本高品质六氟磷酸锂与锂离子电池电解液产业化技术、锂离子电池失效分析、锂离子电池功能电解液配方、石墨烯基纳米复合材料等方面的研究工作。”庄全超说。几年来，他们先后主持、参与并完成中央高校基本科研业务费、校青年基金、企业横向项目多项，近3年内到位科研经费150余万元。
        锂离子电池实验室已与多家国内外知名的锂离子电池及其相关材料生产厂家，如宁德新能源（ATL)科技有限公司、东莞杉杉电池材料有限公司、江苏九九久科技股份有限公司、江苏福瑞士新能源有限公司、山东博瑞特新能源材料有限公司等，建立了良好的长期合作关系。
        高标准、严要求，庄全超不断完善着自己。他的这种性格也影响了整个实验室。2009～2011年度，锂离子电池实验室连续3年获得院级先进集体（优秀科研攻关团队）荣誉称号，2012年度获得校级先进集体（优秀科研攻关团队）荣誉称号。目前，锂离子电池实验室有固定研究人员（教师）4人，博士、硕士研究生15人（其中，已毕业博士研究生5人、硕士研究生14人）。值得一提的是，实验室在2008和2009年度招收的8名硕士研究生中有5名提前攻读博士学位；而2009年以来，实验室先后有6名研究生获得江苏省普通高校研究生科研创新计划资助，7人获得研究生国家奖学金，1人获得优秀创新博士奖学金。
        经过五年多的建设，锂离子实验室从无到有，由小变大，实验室固定资产已超过300余万元，实验用房面积近350平方米。“我们的目标是逐步成为国际知名、国内一流的现代化锂离子电池研究室。近期呢，希望能通过3～5年的发展，将实验室发展成为国内知名的课题组和锂离子电池相关技术研发中心，为淮海经济区内乃至全国的锂离子电池企业提供技术上的支持。”谈及未来，庄全超的眼睛亮了起来。

学而优则创

        对于科研来说，创新是源源不断的生命力；对于庄全超而言，创新则是他在锂离子电池事业道路上保持热情的“活水”。
        经过长期的沉淀和积累，庄全超近年来将研究视线锁定在锂离子电池电极界面反应机制和容量衰减机制上。在宁德新能源科技（ATL）有限公司的支持下，他全力开展锂离子电池寿命与功率失效分析的研究工作，为商品化锂离子电池的电化学性能的改进提供了理论指导。其中，比较有代表性的就是他创造性地运用EIS研究嵌合物电极中的电子和离子输运机制，取得了一系列基础理论上的突破。

        他对石墨、硅材料、尖晶石LiMn2O4、LiCoO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等电极EIS谱特征对电极极化电位（充放电状态）与温度的依赖关系以及各时间常数归属问题进行了深入研究，建立了运用EIS测试锂离子电池电极材料电阻率的方法，发现了电池的倍率性能和可逆容量与电极材料电导率有关，而高电导率和材料结构的稳定性是实现电极材料高功率密度和高能量密度的关键。
        在研究过程中，他发现在LiTi2(PO4)3、NiF2和FeF3电极中，电子通过活性材料与导电炭黑之间异质结界面的跃迁是电子输运过程的关键步骤，活性材料与导电炭黑之间异质结界面则具有肖特基接触的性质。
        此外，他发展出多孔电极阻抗模型，建立了非均匀、多层多孔电极的阻抗模型，详细阐释了活性材料颗粒的粒度分布、电极厚度的非均匀和多层结构等因素对锂离子电池电极阻抗谱特征的影响。
        该系列研究结果一经发表，就受到了国内外同行的广泛关注，The Journal of Physical Chemistry C，Solid State Ionics，化学学报和物理化学学报等国内外重要期刊均发表了他的相关成果。关于尖晶石LiMn2O4电子和离子输运性能研究的论文，更是在出版后不到三年即被引用64次。关于电化学阻抗谱方面的综述论文，被授予领跑者5000—中国精品期刊顶尖学术论文奖。
        这且不论，他本人也邀约不断：受到InTech出版社的邀请，为该出版社出版的专著Lithium Ion Batteries-New Developments撰写关于电化学阻抗谱在锂离子电池研究中的应用的专门章节；应中国仪表材料学会储能与动力电池及其材料专业委员会的邀请，在第五届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会上做了《电化学阻抗谱在锂离子电池研究、生产中的应用》的分会特邀报告；先后应中国科学院物理研究所陈立泉院士、香港科技大学陈国华教授、清华大学何向明教授的邀请前往其课题组做关于EIS的学术报告……

        在该系列研究之外，他还在在中央高校基本科研业务费的支持下开展了基于可逆化学转化反应的新一代锂离子动力电池电极材料储锂机制的研究工作，并已取得一些阶段性成果。
        在外人看来，他也算是小有所成，他自己却明白，阻挡科研路上前进脚步的从来不是寂寥而是浮华，最重要的是无论何时都保持清醒的头脑，决不能为了一点点进步沾沾自喜。他也的确做到了。

学而优则用

        29年前，数学大师华罗庚在参加中国矿业大学搬迁徐州新校址落成典礼时，欣然写下“学而优则用、学而优则创”。这十个字，适用于所有在科研道路上不断探索和追求的人，庄全超自然也不例外。
        庄全超“学而优则用”的生涯要追溯到1994年攻读硕士研究生期间。早在那时，他就已经开始从事锂离子电池电解质锂盐LiPF6和电解液的研究、开发与产业化工作，先后参与到锂离子电池电解质锂盐六氟磷酸锂的产业化中试生产工艺，以及年产15吨六氟磷酸锂的产业化生产技术和年产200吨锂离子电池电解液的产业化生产技术的工作之中。2000年，更是作为主要技术骨干，参与设计、建设了我国第一条锂离子电池电解液生产线。
        每一段经历都是一种财富。无论是小角色，还是技术骨干，只要能参与，庄全超都全力以赴，逐渐积累了丰富的经验，为他日后的科研生涯奠定了深厚的基础。后来，他所开发的锂离子电池关键材料——低成本、高品质LiPF6的产业化技术被江苏九九久科技股份有限公司看重。自2010年3月达成转让协议后，经过一年多的建设和调试，已经在2011年底实现投产，截止目前，已实现年产700吨LiPF6产能。2011年3月，该产品通过江苏省工信委和南通市科委组织的新产品鉴定和科技成果鉴定；2012年，又被授予江苏省优秀新产品金奖，并获南通市科技进步二等奖。然而，最能说明一切的还是市场。该产品投放后，用户好评如潮，到2013年10月，已累计销售超过500吨，是目前国内唯一依靠国内自主创新技术成功实现固体LiPF6产业化的案例。
        不仅如此，他还试图在功能电解液体系的研究、开发上寻求突破，尤其对SEI膜成膜添加剂的作用机制下了很大功夫。功夫不负有心人，他终于阐明了锂离子电池电解液功能添加剂碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸亚乙烯酯等对石墨电极表面SEI膜形成机制的影响；同时，他发现，虽然两电极扣式电池体系中石墨电极首次阴极极化过程的EIS谱特征及其变化不能解释固体电解质相界面膜(SEI膜)的形成过程，但可以用三电极玻璃电解池中获得的石墨电极首次阴极极化的EIS谱特征及其变化加以说明。
        基于他在六氟磷酸锂和电解液产业化方面的贡献，应中国化学与物理电源行业协会的邀请，庄全超参加了2013年中国锂电池电解质、隔膜材料技术与市场发展论坛，并就“六氟磷酸锂及电解质产业化技术研究进展”做了大会报告，受到广泛关注。

未来在路上

        这些年，庄全超一直前行在不断提高自身学术水平的路上。
        即使在中国矿业大学扎根后，他也先后前往厦门大学化学化工学院做访问学者，去上海外国语大学出国培训部参加培训。甚至，还以江苏省第三批“科技镇长团”团员的身份，在南京市浦口区桥林街道办事处做了一年副主任，为打通科教资源与县域经济发展的“隔膜”，全面提升企业自主创新能力和产业竞争力，为产学研深入到基层起到了桥梁作用。
        走出去，在路上，对于一位科研人员来说，没有什么比这更能开拓视野、活跃思维的了。庄全超多年来的成绩，从某种程度上来说也是得益于此。这些年来，他在国内外重要期刊上发表论文120余篇，其中SCI收录60余篇；参编英文专著1部，还担任多家期刊审稿和仲裁专家。
        2012年6月，庄全超接受了新的任命，成为中国矿业大学材料科学与工程实验室主任。对他来说，身上的责任又重了一分，但只要勇敢地走下去，未来一定是明媚的晴天。