人物专访丨刘奇教授：下一代动力电池技术蓄势待发，富锂锰基引领固态

9月13日，在深圳坪山一家名为深圳市速方新能源科技有限公司正极材料产线拉通暨点火仪式备受行业的关注。作为一家专注于高性能富锂锰基正极材料的初创企业，速方新能源是整个行业无电压降富锂锰基正极首创者，而其背后的团队正是来自香港城市大学物理系副教授刘奇带领的一批城大创业者。

从实验室的研发到落地在深圳实现量产，刘奇教授带领的速方新能源实现了指数级的发展，也成为香港城市大学教授科研成果落地转化创新创业的典范。纵观刘奇教授的履历，在湖南大学本硕毕业以后，刘奇去普渡大学继续攻读机械工程博士，之后进入美国阿贡国家实验室博士后，于2018年加入香港城市大学。此期间，刘奇教授在2014-2018年，还担任美国阿贡国家实验室先进光源，X射线科学研究提议评审委员会国际评审。并且从2020年起担任中国硅酸盐学会固态离子学分会第十届理事会理事，并于2021年获得香港城市大学校长奖和香港高等研究院冉冉之星奖。

他目前致力于四个领域的学科研究包括对不同类型的电化学反应或者储能电池进行原位研究、设计用于锂离子，钠离子等可充电电池的高性能阴极/阳极材料、电池安全性基础研究以及开发先进中子和同步加速器技术。

攻克新一代固态电池材料技术

国内新能源汽车和储能市场的快速增长对锂电池的需求量暴增，海外市场的锂电池出口表现也十分亮眼，数据显示，2024年一季度我国锂电池出口1097.9亿元，同比增长94.3%。为抓住市场快速发展的机遇，从大型科研机构到锂电相关企业都在致力于开拓新一代固态锂电池技术材料。

由于固态锂电池在能量密度和热稳定性上超越液态锂电池，其中富锂锰基材料因其高比容量、高电压和成本优势成为下一代锂电池最有前景的正极材料之一。富锂锰基材料是实现动力锂电池高能量密度技术突破的核心材料，拥有高达300mAh/g的比容量，远超目前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料的放电比容量。

而刘奇教授及其研究团队凭着释放富锂锰基正极材料的潜力，在研究中增加了正极材料中独特蜂窝结构的稳定性，使电池更持久和高效。这些成果大有可能改变人们为设备供电的方式，并引领高能正极材料的开发进入新阶段。

据刘奇教授介绍，富锂锰基(LMR)层状氧化物具有高容量、低成本的特点，是极有应用前景的正极材料之一。然而，由于不稳定的Li2MnO3蜂窝结构，循环过程中电压的大幅衰减仍然是其实际应用的障碍。刘奇教授团队通过先进的原子尺度测量与计算，通过向正极材料加入额外的过渡金属离子，形成由层状LiTMO2和Li2MnO3组成的复合结构，这些层间过渡金属离子在蜂窝结构的上方或下方起到“帽子”的作用，可防止阳离子迁移并保持稳定。即使在高截止电压和整个循环过程中，也能保持完好的结构，确保电池的结构完整性。而这种稳定性，达致每个循环仅为0.02毫伏、近乎没有电压衰减。

“我们的研究解决了富锂锰基正极的电压衰减问题，是首次业内研发出电压衰减程度如此低的富锂锰基正极材料，其容量几乎是广泛使用的正极材料的两倍，最终可为更强大和持久的储能解决方案开辟道路。”刘奇说。该成果于2023年发表在国际顶级期刊《Nature Energy》（IF=56.7），题为“A Li-rich layered oxide cathode with negligible voltage decay”。（Liu* et al. Nat. Energy 2023, 8, 1078.）。

而速方新能源也于近期完成数千万天使轮融资，致力于推动新一代锂离子电池正极—富锂锰基材料的商业化，重点开发和制备无电压降富锂锰基正极材料产品和技术，实现富锂锰基的规模化、标准化生产。刘奇教授表示，从实验室出来到落地产业，速方新能源还在摸索阶段，也和多家上下游企业进行合作，计划在2025年前实现万吨级的大型生产线建设，不断拓宽富锂锰基材料的运用场景，成为全球锂电池正极材料领域的重要参与者和推动者。

大科学装置加速大湾区科创发展

谈及能攻克富锂锰基正极的电压衰减问题，和刘奇教授所兼任职的香港城市大学深圳研究院中子科学技术中心也密不可分。具体而言，香港城市大学建立的中子科学技术中心由三部分组成：首先，是香港城市大学中子科学院技术中心，第二个香港城市大学和中科院高能所联合成立的中科院城市大学中子科学联合实验室；第三是由散裂中子源科学中心与香港城市大学、澳门大学、东莞理工学院共建“粤港澳中子散射科学技术联合实验室”。

刘奇教授介绍，中子散射技术是一个探索材料的本质非常强大的技术，但目前全世界拥有中子散射技术这种大科学装置的国家非常少，只有欧美部分发达国家和澳大利亚日本等有这样的装置，而我们国家花30亿人民币在东莞兴建中国散裂中子源（CSNS），和香港城市大学有系列合作，给大湾区的科研材料研究提供了“神器”。

他指出，随着东莞整体产业向技术密集型转变，在华为所在的松山湖片区，已经形成了高科技的企业、科研院所集中的高地，包括松山湖材料实验室、散裂中子源科学中心、中科院高能所等机构，且从东莞辐射到广州、深圳、香港等区域，这种高精尖的实验装备器材的配置对未来整个大湾区的材料、光谱等领域的研究都提供了加持。

“现在的深港科技互动以及和整个大湾区的联动都比之前要加强很多，以前做中子实验可能需要去美国或者欧洲，现在坐车2小时到东莞就可以，时间成本和便利性有了极大的提升。”他说，而随着香港城市大学东莞校区的开设，和这些科研院所地理位置的优势，能更好的利用南方片区的大科学装置及重大科研平台，未来对大湾区的企业核心技术攻关能力和高校院所产学研落地都有积极作用。

对于未来在整个大湾区的科创发展方面香港城市大学扮演的角色，他建议可以从三个方面来发挥作用。首先，建立跨区域的科研联盟，与大湾区的其他顶尖高校和科研院所科研机构建立非常紧密的合作关系，共享资源和研究成果；其次，大力推动产学研合作，通过HK Tech 300等计划扶持和鼓励学生老师创新创业；第三、加速人才培养教育和交流，为大湾区的发展贡献更多的科技人才。

刘奇教授同样也对粤港澳大湾区成为国际科创中心充满了信心，像东莞的散裂中子源和南方光源等先进的科研设备和技术支持，对大湾区加强基础科研设施建设，打造一流的实验室研究中心和创业基地都带来实质性的赋能，成为对标硅谷旧金山湾区的新兴科创高地，在未来成为全球科技创新的重要引擎。