能源兴国 与有荣焉——记常州大学材料科学与工程学院院长任玉荣及团队

黄雪霜 王 辉

汽车强国，离不开产业配套。作为核心零部件之一，动力电池堪称新能源汽车的“心脏”，动力电池强，则新能源汽车强；动力电池弱，则新能源汽车弱。

事实上，在“双碳”目标驱动的产业变革中，动力电池已成为关键一环。在2023年6月9日举办的世界动力电池大会上，中国工程院院士吴锋就指出，“动力电池是实现‘双碳’目标的关键之一”。吴锋认为，动力电池生产过程的节能降碳，要从碳排放量占比高的材料生产和电池组加工环节着手，实现从原料生产到回收的全产业链创新。

当新能源革命的浪潮席卷而来，唯智勇兼备者，方可破浪前行。在众多科研工作者竞相涌入能源行业追波逐浪时，有一名女性科研工作者也融入其中，希望以自己的绵薄之力助力我国动力电池材料研究前行。她是常州大学材料科学与工程学院院长、国家二级教授任玉荣。近年来，她带领团队不仅在新能源电池材料基础研究领域取得诸多创新成果，还面向国家重大需求和企业实际难题攻坚克难，为行业发展作出了实实在在的贡献。

任玉荣

创新制胜，突破瓶颈

随着新能源汽车的普及，电动汽车的续航问题变得越来越突出。谁的续航里程更高，谁就更能获得消费者的认可。而电动汽车的续航里程，和一个重要的电池参数有关——能量密度。业内普遍认为，长续航里程是新能源乘用车的首要技术指标，在保证安全性的前提下，不断提升能量密度是必然的发展趋势。而三元正极材料的高镍化，正是对能量密度的追求，也是目前一条主要的技术路线。然而，高镍三元正极材料存在结构稳定性差、表面残锂高等问题，导致循环性能和安全性能差，是产业当中亟待突破的科学技术瓶颈。

针对这一技术难题，任玉荣团队系统开展了从“前驱体晶粒定向可控生产”“双原子掺杂协同界面包覆共修饰调控材料体相和界面结构”到“单晶材料智能化生产”3个方面的基础研究和技术突破，取得了具有国际领先水平的创新成果。项目研究解决了高镍三元正极材料产业中存在的瓶颈问题，获授权发明专利7件，制定标准3项，并获得2021年度省科学技术进步奖二等奖。

目前，项目研究成果已在湖南金富力新能源股份有限公司产业化，开发的产品已在深圳市浩然电池有限公司、河源云创新能源实业有限公司等新能源企业推广使用。近3年来，这一项技术的应用累计实现新增销售收入21.15亿元，新增利润2.40亿元。

任玉荣深知，基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关，在整个创新链中具有至关重要的地位。2022年年底，她牵头申报的国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目“多场耦合下高比能电池正负极表界面三维结构演化机理研究”正式获批立项。“这一研究就像是对电池盲盒空间进行三维解析，奠定多场耦合材料界面研究理论基础、突破高比能宽温度动力电池产品的续航能力和运行安全等技术瓶颈，从而更好地服务地方产业经济的发展。”任玉荣介绍，目前相关技术还在继续深入研究中。

“做科研不是自娱自乐，‘面向国家重大需求，推进产学研深度融合’是我们一以贯之的理念。”任玉荣说，电池就像是神秘的盲盒，各种复杂的物理、化学、电化学过程交织其中，产业技术升级难度大。只有聚焦实际问题，加强产学研融合，才能真正缩短从实验室到市场应用的进程，真正做到服务实际需求。

2019年，中国科协发布的“20个前沿科学问题和工程技术难题”中明确指出，突破高能量密度动力电池核心材料体系的技术瓶颈，实现高能量密度动力电池工程化，可从根本上缓解电动汽车行业“续航里程焦虑”问题，加速推动这一行业的发展，对振兴中国汽车、保障能源安全、节能减排等有重要意义。

“石墨负极体系向硅基负极体系升级是推动高能量密度实现的重要突破方向。但是，硅基负极材料存在较大体积膨胀和导电性差等本征缺陷及规模化生产一致性差，严重影响了电池的安全性和稳定性。”为了突破这一科学技术瓶颈，任玉荣带领团队协同企业开展长期合作，就“动力电池用负极材料关键技术开发及智能化生产”开展系列技术攻关，取得了“多元协同改良天然石墨”“压电效应调控硅碳负极材料”“硅碳材料智能自动化生产线设计”3个方面的创新成果，突破了硅基负极材料产业中存在的瓶颈问题，共获授权专利11件、实用新型专利40件、软件著作权19件，发表文章24篇，制定标准6件。项目研究成果已在贝特瑞（江苏）新能源材料有限公司和常州百利锂电智慧工厂有限公司产业化，开发的产品已在三星SDI、SKI等国际新能源领域巨头企业推广使用。相关系列成果还获得中国有色金属学会工业科学技术奖一等奖。

“材料，是一切高科技的物质基础，也是国家硬核科技实力的根本。”任玉荣深知，动力电池产品的高安全性、高能量密度、高倍率性能、经久耐用和更低成本，是决定其取得市场成功的关键因素，而材料从根本上决定着电池性能。她所带领的团队目前在材料体系研究方面已经走在了国际前沿，“大家也正在努力，让更多国外同行看到中国材料科学家为行业发展作出的贡献”。

近日，团队成员在材料科学领域期刊《先进科学》（Advanced Science）上发表论文，提出利用硅负极在充放电循环中的“体积膨胀”特性构建了一种“序构”材料。他们通过在硅碳核壳复合材料表面引入“主动参与、主动作为”的功能化压电修饰层，利用合金化反应产生的机械应力诱导压电材料产生局域电场，实现机械能转化为电能，来获得一定的功能性，从而更加有效地促进界面锂离子输运能力，同时缓解了合金化反应引起的体积膨胀，从而维持良好的界面接触。这一研究还揭示了具有压电性能的表面修饰对于硅负极材料的改性机理，标志着我国科学家在长寿命硅基锂离子电池负极材料上取得重要进展。

研途有你，感恩同行

2007年，国家发展和改革委员会颁布《新能源汽车生产准入管理规则》扶持新能源汽车发展。在政策引领与市场需求的双重驱动下，新能源材料及动力电池领域的科研迎来新的机遇与挑战。

也是在这一年，任玉荣考入中国科学院大学，师从于作龙教授，开启自己的博士生涯。回忆起这段学习经历，任玉荣感触颇多。当时她已结婚生子，只能把上小学的女儿带在身边。“那段时间虽然辛苦，但是老师的辛勤教导让我进步很快，他的科研思路、选题理念及指导学生的方法也让我受益至今。”她说，“于老师治学严谨、对我们要求很严格，却又非常细腻。他看我边带孩子边做科研很辛苦，常常让师母关心、照顾我的生活。”

在恩师的指导和鼓励下，任玉荣开展了全新的开放性课题研究，并很快取得突破。两年后，相关研究成果“S i O/C N T s∶新型锂离子电池负极材料”在《中国科学》杂志发表。

2022年7月，任玉荣当选英国皇家化学会会士。这个学会成立于1841年，是世界上历史最悠久的化学学术团体和欧洲最大的化学科学团体之一。她的入选也说明其在国际能源化学领域有一定影响力。

一个人的成长离不开老师的教育和培养。任玉荣说，一想到自己的成长历程，就想起自己的恩师。如果没有老师的指导和激励，可能就没有自己的今天。“如今恩师已经去世，但每每遇到科研难题，我还是常常会感念他。”任玉荣说，于老师严谨的治学态度和持之以恒的科研精神影响了自己的一生，“他要求我不论多艰难，都一定要坚持把科研做下去，哪怕我在行政工作岗位上也没有放下科研。”

厚谊长存，深恩永志。任玉荣非常庆幸能够继承恩师“衣钵”，成为一名传道授业解惑的师者。在老师的角色中，她也将这种甘为人梯、奖掖后学的精神传承下去。

任玉荣会在自己带硕士、博士研究生的第一天，对他们提出3项能力要求。第一，要有独立完成课题的研究能力，凭借内驱力前行；第二，要不断拓展自身的技能，具有良好的学习能力，善于从不同学科的交叉领域获得启发，进而提升自己的科研能力和认知曲线；第三，要有较好的写作能力。她坦言，现在的学生多是“00后”，个性独立，不愿循规蹈矩，思维活跃，不走寻常路。这样更要求老师能够因材施教，赋予更多的耐心来引导，“有学生对自己的大论文体系不满意，认为如果按照老师的要求做虽稳妥，但却走了师兄的老路。遇到这种情况，我在肯定他们创新积极性的同时，会允许学生在自己的主线思路上进行探索，但我会引导他们，让他们避免漫无目的地试错”。

孔子说，“三人行，必有我师焉”，“教学相长”也是任玉荣在教学育人上选择的模式。“在培养学生的过程中，我感觉自己也在进步。”桃李满天下，春晖遍四方。如今，她的学生已遍布各行各业，科研人员、公务员、教师……看到他们的成才，任玉荣有一种无法言说的喜悦。

“21世纪科技发展呈现大融合、大交叉、大汇聚的趋势。而作为一切科学的根本，材料科学更是一门多学科交叉融合的领域。”任玉荣说，立足这一融合大趋势，以学科汇聚的理念来规划未来团队、学院的建设成为必由之路。恰逢常州帷幄布局打造引领长三角、辐射全国、全球有影响力的新能源之都，致力于将新能源汽车及动力电池产业、新能源、智能电网等在内的多条产业链“串联成珠”，广栽梧桐树，筑巢引凤来。蓝图已绘就，扬帆正当时。2019年年底，常州新能源研究院应运而生。在中国工程院院士吴锋的指导和带领下，团队以服务重大战略需求和解决重大挑战问题为牵引，致力于围绕新能源和新材料产业体系打造学科汇聚型实体建设研究院，在二次电池材料与技术、智能电池、柔性电池、电池回收等国家重大项目领域的技术攻关中发挥重要的作用。

产教融合，科教融汇

“科技创新，人才为本。”任玉荣深知人才对于科研创新的重要性，所以她非常重视创新型人才和创新型团队的培养和建设。她鼓励年轻人不仅要前瞻新方向，更要及时了解国际前沿和学科新进展，学习新知识，不断进步。

任玉荣时常带领团队去企业做调研，了解企业技术需求，确立团队研究方向，用科研解决实际问题。她说，“教学与科研并不冲突，通过产教融合、科教融汇，才能更好地培养国家需要的创新型人才。我们的研究一定要走产学研深度融合之路。”

2015年，任玉荣作为高级访问学者到美国加州大学洛杉矶分校进行访学。看到更大世界的同时，她也被更大的世界看到。“在这里，我看到了先进的团队管理和前沿科研理念，其实国际前沿并非不可超越，未来我们做科研更有自信。”2016年回国，她继续带领团队不断学习、交流和实践，以创新活力孕育科研成果。

温婉如玉、春风化雨，这是任玉荣给大家的第一印象。在学生眼中，她是一位要求严格、不怒自威的教师。她常说，“无规矩不成方圆”，没有制度就没有高质量的发展，“但写在墙上的不是制度，大家形成的习惯才是真正的制度。”在她看来，一支优秀的团队必然会在长期的严于律己中，迸发追求卓越的精神、革故鼎新的勇气和坚忍不拔的定力。

几年间，团队青年科研人员取得了快速的进步。团队相继培养出江苏省“333人才工程”中青年领军人才等6人、江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人7人、优秀青年骨干教师16人、江苏省突出贡献中青年专家1人、江苏省“六大人才高峰”高层次人才5人、江苏省“双创计划”人才3人。团队还获得江苏省“青蓝工程”科技创新团队、江苏省优秀学科梯队等称号。

从2010年入职常州大学，13年来，任玉荣不仅见证了常州大学的发展，也实现了与材料学院的双向奔赴与共同成长。而对于材料学院未来的发展，任玉荣也有着自己的理解。首先，材料学院的师资队伍是学院发展的“牛鼻子”，学科精度上升、层级高端化的前提是师资队伍的高端化。“青年是学院未来发展最有活力、最有牵引作用的一股力量，年轻教师队伍的高端化发展是学院未来发展的第一要素。”其次，材料学院既要符合学校的定位，又要有自己的特色，就必须走“产教融合、科教融汇”的耦合新路径。“作为常州大学第一个博士授予点单位和唯一的省级新能源材料与器件的产教融合基地，学院必须围绕新能源做出自己的特色，在全国材料学科做出亮点。”

目前，任玉荣同时兼任江苏省新能源汽车动力电池制造技术工程研究中心主任，正致力于从电池材料到电池器件、电池包，再到电池回收的电池全生命周期布局平台理念的研究，“虽然目前电池回收技术还没有非常成熟，但这种全生命周期的理念是我们今后科研的重要方向。”

谈及未来3到5年的规划，任玉荣说，从大的方面来说，她希望带好团队，发展好学院，提高学院学科水平，争取获批国家级科研平台，建设国家一流学科；从小的方面来说，希望能培养出自主创新的“四青人才”乃至国家级人才，自己在科研上取得进展并获得肯定。除了在应用技术上创新，我国能源制造领域在基础创新方面也须进一步加强和延伸，国家和行业呼唤颠覆性创新技术。随着动力电池向“低碳化、高端化、智能化”方向迈进，为突破“卡脖子”技术，任玉荣及其团队的使命和任务在肩。“行之力则知愈进，知之深则行愈达”，唯有手持创新之剑，才能一往无前。

栉风沐雨，不忘初心。习近平总书记在2021年两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上强调指出，“科技攻关要坚持问题导向，奔着最紧急、最紧迫的问题去”。未来，任玉荣和团队将依托省发改委平台和材料学院的科研优势，继续从国家急迫需要和长远需求出发，在科教兴国、能源兴国的战略道路上贡献一份力量。