【InfoGuru信息“大师”】清华大学何向明教授专访：求真求实
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个人简介
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何向明，清华大学核研院新型能源与材料化学研究室主任，研究员/博士生导师，聚焦锂离子电池及其关键材料研究及工程化近30年。重点围绕锂离子电池的电性能、一致性、安全性及可靠性等关键性能，以材料化学为核心,通过多学科协同的创新，解决关键材料、关键设计、制造技术及关键测试评估技术问题。获发明专利授权500余项。著有《锂离子电池正极材料规模化生产技术》、《聚合物性能与结构》、《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》、《锂离子电池模组设计手册》等专著。善于因材施教，共同成长，培养了多名清华大学优秀博士/硕士论文获得者。与多家国际知名大学/实验室长期保持学术合作。在J. Power Sources, Electrochim. Acta, J. Electrochem. Soc, Nat. Commu., Joule, Adv. Mater., Adv. Energy Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew Chem, ACS Energy Lett, EEM, Energy Stor. Mater.,《化学进展》等期刊上发表论文600多篇。
实验室网站链接：
http://www.hexmgroup.com
研究工作
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您能否简要介绍课题组的工作？
课题组于上世纪九十年代，开始从事锂离子电池及其关键材料相关的工程科学研究，一直以解决产业技术难点和痛点为目标，通过前沿基础创新研究及和工程技术研发的互促式发展，获取高价值核心知识产权，并帮助企业掌控技术方向，协助企业培养人才。目前课题组有近60人，其中博士后20多人；拥有近1000平米实验室，除了依托清华大学国际一流的分析仪器共享平台，课题组还自有多种大型分析设备、计算集群和较为完备的电池实验平台，自购了3台BET（低比表，超高比表和高压吸附）、2台XRD（粉末XRD、透射XRD（软包电池原位测试））、SEM+EDS、大型计算集群、干燥房等。近期的研究重点是兼具高比能量高安全的电池研究，包括机理研究、材料计算与新材料研发、电池仿真与电池设计等。此外，还在MOFs/COFs多孔材料合成与应用，多孔储氢材料，高端光刻胶等领域开展研究。
当您还在上学的时候，未来想从事什么职业？是什么机缘促使您从事锂离子电池的研究呢？
我1982年考入清华大学化学化工系，在那个年代，我国在经济、科学、技术等全方位落后于西方，清华“自强不息，厚德载物”的校训将追求卓越和无私奉献根植于我的内心，成为自我要求的标准。我从小学到大学，一直想成为“科学家”，成为清华大学教师后我增加了新的愿望，就是“培养顶尖青年科学家”。课题组走出很多领军人才，助力我国的锂离子电池行业发展。例如，从我们课题组走向科研岗位的冯旭宁博士，目前应该是电池热安全领域国际顶尖的青年科学家。
我有幸从事锂离子电池研究，非常感谢我工作之初引领我进入电池这个领域的两位老师，姜长印老师和万春荣老师。上世纪九十年代初，日本的镍镉电池已经非常强大，国内刚刚起步，原材料都需要从日本进口。两位老师在1993年研发成功了球形氢氧化亚镍制备技术并实现了产业化，低成本替代进口材料，使得中国产的镍镉电池/镍氢电池很快占据了全球市场，中国电池企业开始在国际上崭露头角，课题组也从镍氢电池材料的技术转让中获得第一桶金，开始了锂离子电池材料的研发和技术转让，一直滚动发展到今天。
以需求为导向的锂电池创新研究
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我们了解到您曾在国际上率先提出低成本红磷负极储锂材料等创新技术,请问您对未来锂电池能源的发展有什么看法吗？
2003年课题组做升华/沉积复合硫化聚丙烯腈正极材料SPAN，我发现磷也升华，就尝试了复合磷电极材料。2006年成功合成，但实验重复性不好，我们团队就一直坚持做。直到2009年才申请了核心专利，复合磷的研究也得到“国家自然科学基金”的支持（王莉），经过大量优化研究，这个材料到2012年才被我们报道出来“Nano-Structured Phosphorus Composite as High-Capacity Anode Materials for Lithium Batteries. Angewandte Chemie-International Edition, 2012, 51, 9034-9037.” 非常幸运，这篇文章是该领域第一篇文章。
对于“锂电池能源的发展”。我认为，金属锂负极是值得研究的。课题组文章“金属锂二次电池研究进展. 化学进展, 641-647 (2006).” 貌似也是国内第一篇锂金属电池的综述文章。课题组2006年开始一直关注金属锂负极，最近我们才发现金属锂负极在碳酸酯基电解液中可以没有副反应和锂枝晶，文章最近会出来。锂金属负极的电化学/材料化学研究，非常有趣。
锂离子电池还有很多非常有趣有意义的课题方向值得研究，目前课题组有包括10多位博士后在内的30多人团队在从事锂离子电池的研究。基本上是从需求端出发，提炼其中的关键科学和技术问题，在解决这些问题的过程中逐步形成发展方向。例如，“高比能量电池的快充电”有明确的需求导向，因此发展了红磷复合负极材料，形成了一个方向。
请您谈谈锂离子电池安全性方面存在的关键科学问题，您的团队主要围绕哪些方面展开研究呢？
电池安全性是一个非常好的方向，有科学挑战（可以发有影响力的文章），又有需求导向（容易拿经费）。课题组2006年开始电池安全性的研究，一路走来，对安全性的理解不断深入，对安全性的机理科学研究也不断深入发展，最近发表了好多篇高水平文章（Joule, Nat. Commun., Energy Stor. Mater.,EEM等等），解决方案主要围绕关键材料、电芯设计、模组设计与管理等方面进行设计，也有很多有科学价值文章发出来（Adv. Mater., Nat. Commun., Energy Stor. Mater., EEM等等），最近这篇AM是一个典型的成果（Simultaneously blocking chemical crosstalk and internal short circuit via gel-stretching derived nanoporous non-shrinkage separator for safe lithium-ion batteries. Advanced Materials, e2106335, doi:10.1002/adma.202106335 (2021). ）。电池安全是一个好方向，即推动了行业技术进步，又培养了人才。
做技术转化的开锁匠
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您认为在对基础科研进行成果转化方面，有哪些困难和挑战呢？您的团队在科研成果进行产业化发展方面，有哪些工作和计划呢？
最大的挑战是课题定位和转化模式。课题组一直在探索，早期国内的企业研发力量薄弱，我们的技术转化就需要“交钥匙工程”，例如1994年的“200吨球形氢氧化亚镍”技术转让，我们基本上全包，工作内容从厂房设计、设备采购、设备工艺调试到技术人员的培养。后来，随着产业发展，大多数企业开始有了一定的技术力量，我们技术转让就逐步做到真正的“技术转让”，我们只负责技术。例如，1997年的“18650锂离子电池”、2001年“球形钴酸锂”、2004年的“NCM333和NCA”、2005年的“天然石墨改性”等等。2008年之后，课题组服务产业的方式发生了新的变化，主要为企业培养研发领军人才，例如厦门钨业转型锂电材料产业之初，我们为厦钨培养了多名研发领军人才，助力企业成功转型。2012年之后，我们课题组开始尝试“创新创业”，与地方合作创立了“江苏华东锂电技术研究院”，学习到了很多学术之外的知识，尤其是“资产关系”，这对创业非常重要。我认为，随着中国经济发展，创新创业会成为中国高技术发展的主要途径之一。课题组会通过技术创新和人才培养，一直坚持“创新创业”。今年成立了两家“创新创业”企业，以后可能每年都会有类似的企业成立。这就应该是课题组在科研成果产业化方面的工作和计划吧。
您能否谈一下，工业界的科研和学术界的科研有哪些不同呢？
这是一个非常好的话题。工业界的科研主要是解决具体问题，是解决1到10的问题，而学术界的科研是探索、创新和人才培养，主要解决0到1的问题。学术界的探索和引领，是人类对科学认识的不断拓展，同时也为企业界提供思路、培养人才。我们课题组非常幸运，过去做的一些方向，今天成为了企业界/学术界的热点。例如，我们课题组1997-2004年提出的控制结晶球形前驱体制备电极材料的新工艺（先后发表了球形钴酸锂Journal of Power Sources, 2004, 129, 264-269；球形钒酸锂Journal of Power Sources, 2004，125, 90-94；球形三元Journal of Power Sources, 2001，99, 78-84、球形锰酸锂Journal of Power Sources,2005, 150, 216-222；等等），是当前产业界的主流工艺。2004年提出磷酸铁制备磷酸铁锂新工艺（高密度球形LiFePO4的合成及性能. 电源技术, 2006，11-13），目前已经成为了磷酸铁锂产业的主要技术路线。在新材料和新电池体系研究方面，2003年，课题组开展锂硫电池研究（Electrochimica Acta, 2003, 48, 1861-1867），2005年研究了涂胶膜（Journal of Membrane Science, 2006, 272, 11-14），2005年开展固态电池研究（化学进展, 24-29 (2006)；化学进展, 459-466 (2006).），报道了纳米颗粒复合的聚合物电解质（Electrochimica Acta, 2005，51, 1069-1075），2005年开展锂补偿研究（Solid State Ionics, 2006, 177, 1331-1334），2009年开展电池寿命预测研究（Journal of Power Sources, 2012, 199, 227-238），2012年开展磷酸锰铁锂研究（Electrochimica Acta, 2013, 112, 144-148），等等，上述研究在10多年后的今天，有的成为了产业界的方向（控制结晶三元前驱体、磷酸铁前驱体、涂胶膜、补锂，寿命预测），有的成为了学术界的热点（纳米颗粒添加、固态电池、锂硫电池）。我坚信课题组依然会幸运下去，目前的部分工作也会成为未来的热点。
工业界和学术界应该加强合作，取长补短，共同努力推动我国产业技术的发展。
InfoMat——与时俱进,方能走得更远
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您的团队在InfoMat上发表了一篇题为‘Li₄Ti₅O₁₂ spinel anode: Fundamentals and advances in rechargeable batteries’综述性文章。请问您选择这个主题的初衷是什么？您认为这篇综述可以给相关领域的研究人员予以什么启发呢？
钛酸锂是锂离子电池机理研究的一个很好的目标，也是参比电极最好的选择之一。钛酸锂是零应变材料，脱嵌锂过程中，材料晶胞参数不变，材料电压不变（我在工作中，也多次观察到电压变化的情况），这在材料学上是非常特殊的，其机理一直没有完全说清楚。搞清楚深层次的机理，对于锂离子电池的机理研究会有很大帮助，因此一直想研究一下。正好疫情期间在家办公，就组织课题组成员学习，写综述。写完综述后，我们对钛酸锂材料有了新的认识，设计了一些实验研究，但不太幸运，目前还没有形成成果可以发表。
这篇综述介绍了钛酸锂本征与其嵌/脱锂的结构特性，两相机制与界面结构，温度对一阶相变影响，锂在两相界面上的迁移，界面的动态变化与表征，锂脱出时的电子传导与耦合，以及过度嵌锂带来的结构不可逆转变等。尤其是钛酸锂材料的热稳定性，对于相关领域的研究人员设计研发高性能的电极材料应该有所启发。
在文章发表的过程中，您认为InfoMat编辑在处理稿件时的效率如何？审稿人的专业程度和文章发表速度怎么样？
编辑处理稿件的效率很高。审稿人也非常专业，提出了很多有益的建议，作者非常受益。文章发表速度也很快。编辑团队的效率值得点赞。
InfoMat在今年6月份收到了首个影响因子25.405，摘得国产材料期刊影响因子排名第一的桂冠。您可以评价下期刊的表现吗？您认为期刊还可以从哪些方面努力提高期刊的水平和影响力？
InfoMat期刊至今发表了200多篇文章，我浏览一下，感觉文章标题均很有质量，是编辑精挑细选的，表现甚佳，应该继续保持。
建议期刊在遴选功能材料的研究文章时，多关注材料在真实器件上的表现，相信有利于进一步提升期刊的关注度。另外，关注服务于国家“双碳”目标的科研方向和科研成果，通过自媒体的定期公益性高水平学术报告会也会提升期刊影响力。
人才培养——三人行必有我师
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请问您如何培养团队学生“创新”的能力？
鼓励学生不断超越自我，加强新知识学习。课题组经常邀请优秀学者做讲座，鼓励学生多参加学术会议，并鼓励学生做报告，练习严谨的逻辑思维能力、表达和与人沟通的能力。我个人每周与学生讨论，教学相长。团队对学生的关心几乎是方方面面，工作方面除了给创新提供足够好的支持条件，还会与国外顶尖学者开展合作研究和联合指导，课题组定期通过内部学术报告会方式进行互相学习和交流，而且每年组织“团队建设”集体活动，课题组不仅是大家共同奋斗的团队，也是充满情谊的大家庭。
课题组每年举办“全国电化学分子模拟学术研讨会”、“全国锂离子电池安全性技术研讨会”、“全国锂离子电池基础科学及先进表征方法学术研讨会”、“全国锂离子电池电解液学术研讨会”等学术会议，让学生有更多机会直接接触优秀学者。
请您送一句话给已经踏上科研征途的博士研究生们。
“没有人会随随便便成功，与优秀的人在一起，向优秀的人学习。听话出活，自强不息，终身学习，不断超越自我。”
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