【原创】科技狂人曾毓群,为何说电池的本质是“粉末”?


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[导读]科技狂人曾毓群,为何说电池的本质是“粉末”?

www.188betkr.com 讯“我以善于解决技术问题而著称,所向披靡。”


宁德时代创始人曾毓群,今年史无前例地接受了一家媒体的深度访谈,在访谈过程中,他讲述了自己过往的技术攻关的经历,并分享了他所总结的一套方法论和工程哲学,其中解决问题的方法之一便是从理论到实践彻底解决问题,他认为这是最好的也是最难的。


“所有电化学的最重要的基础理论我们得重新研究,然后在这上边把电池工程做成。”他举例说,“现有的电化学理论都是基于‘平板电极’建立的,而电池的本质是‘粉末’,因此必须建立一套全新的粉末电化学理论。”


曾毓群对“粉末”的这种认知是如何建立起来的?在全网唯一的这篇深度访谈里,“电池的本质是粉末”这个被视为第一性原理的结论,是他的最新发现吗?


曾毓群以第一作者身份公开发表的学术论文篇数,屈指可数。我能查阅到的最早的一篇题为《流延涂布法制备活性炭电极膜片的超级电容器》(2005年)的论文中,曾毓群总结道:“活性炭电极膜片流延涂布制造技术可采用价廉的粉状活性炭做原料,大大提高了膜片的制造效率,适于大规模工业化生产,并提高了膜片的一致性和成品率,降低了电容器制造成本。”在这篇论文中,他连续六次强调了这种“粉状”原料。



彼时,他正在自己创办的ATL工作、并师从中国工程院院士陈立泉在职读中科院物理所的博士。而在此之前,他在日本TDK旗下公司工作了十年,成为TDK集团有史以来最年轻的总监,并有望成为TDK集团的总裁。


日本TDK公司成立于1935年,其成立的初衷是将日本东京工业大学发明的磁性材料“铁氧体”实现工业化生产,现已在全球30多个国家和地区设立了250多个分支机构,已成为一家拥有超过10万名员工的全球性企业,其海外销售额占比超过了90%。


铁氧体是一种通过将氧化铁等粉末原料经过成型和烧结工艺制成的陶瓷材料。这种将原本属于陶瓷材料的物质用作磁性材料的发明,彻底颠覆了当时的传统观念,堪称一项具有划时代意义的创新。由日本人发明的这种具有革命性的、被用作变压器、线圈等设备磁芯的软磁材料,目前已被广泛应用于智能手机、个人电脑、汽车等各种电子设备中。



铁氧体的制造工艺流程主要是以氧化铁(Fe2O3)、氧化锰(Mn2O3)和氧化锌(ZnO)的粉末为原料,在经过预烧、粉碎和压制成型等工序后,在约1000~1400℃的高温下进行烧结,通过固相反应,三种主要原料会生成中间产物,最终形成具有尖晶石晶体结构的Mn-Zn铁氧体。通过调整材料成分、烧结条件以及添加微量添加剂,可以制备出具有各种不同性能的Mn-Zn铁氧体。


因此,铁氧体材料设计技术成为TDK公司核心技术的基石。材料设计包括以下几个方面:



第一,Mn-Zn铁氧体由于其成分比例几乎有无数种可能性,因此要从中找到具有实用性能的材料,就需要进行精密的实验;而在实现大规模生产时,则需要运用先进的材料设计技术。


第二,影响铁氧体特性的还有那些被作为微量添加剂添加到主要原料中的物质。例如,为了控制铁氧体的饱和磁通密度及温度特性,人们会向其中添加锡、钛、铬等氧化物(如SnO2、TiO2、CrO2等)。


第三,铁氧体的特性还会受到其晶粒大小的影响。因此,除了需要精确控制烧结温度及烧结环境(即烧结炉内的气体成分)外,还会使用一些微量添加剂来促进或抑制晶粒的生长。


除了铁氧体粉末材料成分设计这一核心技术,另一与粉末强关联的核心技术是“最强磁体”钕磁体的粉体控制技术。


对于化学成分固定的金属间化合物——钕磁体而言,人们通过尽可能去除杂质,并使构成磁铁的晶体颗粒更加均匀、更加微细,从而不断改进其性能。因此,要制造出性能优异的钕铁硼磁铁,除了需要掌握粉末冶金技术的基本原理外,还必须具备能够巧妙控制粉末原料的高超“粉末制备技术”。



粉末虽然属于固体,但却具有流动性,因此可以通过模具进行压制成型。然而,如果粉末颗粒过细,就会因摩擦而难以移动,从而影响成型的顺利进行。因此,首先需要将铸造成锭状的钕磁体进行粗粉碎,将其粒度控制在数百微米左右,然后再进一步将其研磨成粒度为3~4微米的微细粉末。


此外,钕磁体的粉末具有容易被外部磁场磁化的特性(即具有磁各向异性)。为了制造出性能更强的钕磁体,需要将磁体粉末放入模具中,然后通过在线圈产生的磁场作用下进行压制成型。此时,磁体粉末会试图沿着磁场方向排列;但由于粉末颗粒过小或分布不均匀,其排列会变得困难。因此,仍然需要使用粒径适中且分布均匀的磁体粉末。



通过以上工艺制成的成型体,在烧结过程中会形成由许多钕磁体晶粒组成的烧结体,这些晶粒的粒径约为几微米。在烧结过程中,微量添加剂会优先聚集在晶粒之间的晶界处,从而导致成分在晶界处分布不均。因此,作为磁性的载体——这些晶粒会因为晶界的存在而形成难以发生磁化方向反转的结构。正是这种结构使得钕磁体具备了较高的保磁力。


至此,我们可以看到,日本TDK磁性材料最核心的两大技术,即粉末材料的成分设计技术和粉末材料的制备与控制技术。如果说“电池的本质是粉末”,那磁性材料的本质不也正是粉末吗?


有一个问题出现了:无论是科技狂人曾毓群,还是以TDK为代表的粉体工业强国日本的众多企业,他们为何能有“本质”的发现,或者说“第一性原理的突破和完善”?曾毓群是在CATL、ATL、TDK、上海交大、宁德一中……哪个环节开启了他对“本质”的追寻呢?没有人知道。但是他的一段话,间接给了我们答案。


当被问到“对于年轻人有什么建议”时,他说道:


“财务自由是相对的,你的物质欲望很高,永远不自由。……年轻人不要搞得债务太重,要留着“‘去你的’的本钱(英文叫做‘Fuck-you money’)”,就是老板骂你时你敢跟老板说“去你的,老子不干了”——才能有创新的底气。……自由最重要,别太把自己当回事。”


而曾毓群的老东家日本TDK的企业宗旨,讲得更直截了当:


“没有梦想的地方,就不会有创造与建设。”



说得露骨一点:做“牛马”的,怎么可能看见天空中翱翔的鹰所能看见的?然而关键问题是:这是我们能选择的吗?


就连强大到全球动力电池领域找不到对手的曾毓群都说:CATL虽然已经是第一,但这个第一是“虚”的。要当真正的第一,得是内外双修的第一,CATL现在还不够扎实。扎实的第一应该是到达只有CATL和“其他”之分的境界。言下之意就是CATL也还没达到“从理论到实践彻底解决问题”的那种至高境界。


为达到最高境界,需要上升到“道”的层面去探索,曾毓群说:“‘术’(工具方法),是西方厉害,而‘道’(根本哲学),就要看中国价值体系。其实‘道’的层面,东西方也并不矛盾。基督教说:牺牲自己救赎他人。我们中国儒家比较温和,讲究修己达人。其实是有共识的。”


宁德时代的官方企业文化(“修己、达人、奋斗、创新”)中,“修己”是放在第一位的,这在国内企业的企业文化中实属罕见。这个“修己”凝练了宁德时代创始人曾毓群个人的经历、智慧和思考。他断言:


“职业经理人也可以有企业家精神,只要对事业有宗教般的信仰。”


虽然说在国内罕见这样的企业文化表述,但在粉体工业强国日本这样的企业文化却比比皆是。以TDK为例,“始终致力于自我革新”就出自于TDK株式会社现任社长兼CEO的致辞。此前在《拿什么拯救你,我们的高纯氧化铝?》一文中,我们已经明确指出了:日本众多企业家的精神理念传承了我们中国儒家或佛教思想精华。


最后,让我们共同来响应曾毓群先生的号召:


“我们头部民营企业一定要去朝建设世界一流企业的目标前进。如何在技术、经营、管理、客户满意度等方面做到引领世界,这是值得头部企业思考的问题。因此,头部企业一定要奋发图强,才能够响应我们中华民族伟大复兴的号召。”


(www.188betkr.com 编辑整理/平安)

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作者:平安

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