聚焦新能源電池失效難題 為國人出行護航記吉林大學汽車工程學院、汽車仿真與控制國家重點實驗室副教授李偉峰

◎ 文/于海芳、王俊奇

近年來，“新能源”一詞已不再陌生，道路上隨處可見的新能源汽車，仿佛一夜之間異軍突起，新能源汽車產(chǎn)業(yè)也逐漸由政策驅(qū)動向市場驅(qū)動過渡。但是，安全性差和性能惡化引發(fā)的高比能電池失效難題嚴重制約著新能源汽車發(fā)展。

吉林大學汽車工程學院、汽車仿真與控制國家重點實驗室副教授李偉峰主要從事新能源汽車動力電池失效仿生防控研究，具有多項創(chuàng)新研究成果。他先后承擔和主持國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項子課題、中國博士后科學基金面上項目、吉林省科技發(fā)展計劃人才專項-青年成長科技計劃項目、吉林省教育廳科學研究項目、吉林大學青年師生交叉學科培育項目；發(fā)表第一/通訊作者SCI論文16篇，其中JCR一區(qū)論文15篇、中科院一區(qū)論文7篇、Cell子刊論文2篇并有1篇入選iScience電池研究精選論文，截至2022年7月，1篇論文單篇引用超過100次、7篇論文單篇引用超過30次；以第一發(fā)明人獲得國家發(fā)明專利授權3項，并兼任國際SCI期刊主題編輯、審稿專家等。

響應國家需求，聚焦動力電池

李偉峰說：“很感謝我的博士導師劉忠長教授和王忠恕教授帶我進入燃燒學領域，為我開展電池燃燒與排放交叉科學研究奠定了基礎，也讓我具備了科學、嚴謹?shù)幕舅刭|(zhì)。”

2016年，李偉峰獲得吉林大學動力工程及工程熱物理專業(yè)博士學位，并獲吉林省優(yōu)博論文、中國汽車工程學會優(yōu)博論文提名獎等稱號。2017年，他在清華大學動力工程及工程熱物理專業(yè)開展博士后研究，研究方向為動力電池燃燒與排放，并于2020年以出站考核“優(yōu)秀”的成績完成博士后科研工作。“非常感謝我的博士后導師歐陽明高院士把我?guī)胄履茉雌囶I域，并大幅度提升了我的科研水平，這對我未來的科研道路具有重要意義。”李偉峰說道。

如今，新能源汽車發(fā)展之勢猶如雨后春筍。李偉峰說，發(fā)展新能源汽車意義重大，但在大規(guī)模推廣之前有很多關鍵科學問題與技術瓶頸亟需解決。在未來研究中，他表示將繼續(xù)在新能源汽車動力電池領域開展基礎科學與核心技術研究。

進行仿生創(chuàng)新研究，初見成效

2020年11月，李偉峰以人才引進的方式入職吉林大學并加入高振海教授團隊，研究重點由電池特性轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵卦O計，主要借助仿生手段開展車用動力電池失效防控研究。

他的首要研究是熱失控免疫電池，主要解決動力電池熱失控引起的新能源汽車起火、爆炸難題。李偉峰指出，電池熱失控和細胞分裂失控具有高度相似性，都是在短時間內(nèi)出現(xiàn)量的激增。他和團隊受到生物體免疫機制啟發(fā)，提出電池熱失控免疫的仿生理念，設計并研發(fā)出起熱失控抑制作用的免疫微膠囊。

微膠囊技術本身比較成熟，但國際上動力電池熱失控免疫微膠囊相關研究尚處于摸索階段。“針對不同熱失控主控反應，我們把熱失控免疫微膠囊分為阻燃微膠囊、滅火微膠囊和失活微膠囊。電池正常工作時，微膠囊的囊材將熱失控抑制劑與電解液隔離，以降低熱失控抑制劑對電池電化學性能的影響；電池即將發(fā)生熱失控時，微膠囊的囊材破裂釋放熱失控抑制劑，以改善電池的安全性”李偉峰說道。目前，李偉峰和團隊已成功開發(fā)一種新型阻燃微膠囊。和不采用阻燃劑相比，電解液中添加5%阻燃微膠囊可將電解液自熄時間縮短76%，半電池0.5 C放電比容量提升7%（200次循環(huán)）；和采用同量傳統(tǒng)阻燃劑相比，電解液自熄時間縮短33%，半電池0.5 C放電比容量提升一倍（200次循環(huán)），初步實現(xiàn)預期效果。他說，熱失控免疫電池研究是在吉林省教育廳科學研究項目和吉林大學青年師生交叉學科項目資助下開展的，相關成果發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Science上，并申請國家發(fā)明專利4項。

另外，他還開展類細胞微納負極材料研究，主要解決動力電池負極材料充放電循環(huán)體積膨脹引起的電池性能惡化難題。李偉峰說，細胞也會出現(xiàn)吸水導致的體積過度膨脹問題，為此植物細胞進化出比細胞質(zhì)伸縮性小的細胞壁。受此啟發(fā)，李偉峰和團隊設計并成功制備出一種具有“細胞壁”的微納鐵基負極材料。與傳統(tǒng)納米鐵基負極相比，類細胞微納負極0.5 C放電比容量提高2倍以上（200次循環(huán)）。該成果已申請國家發(fā)明專利1項。

教書育人，助力新能源汽車人才培養(yǎng)

隨著新能源汽車發(fā)展，我國出現(xiàn)新能源汽車“人才荒”難題。李偉峰說，身為高校教師，教書育人、培養(yǎng)高級專門人才是主要任務，自己有義務為新能源汽車人才培養(yǎng)的“搖籃”階段貢獻力量。

為此，他開設了《新能源汽車》《車用動力電池儲能機理與應用》等本科生與研究生課程，創(chuàng)建動力電池教學平臺，指導學生參加科技競賽等。他指導的1項“大創(chuàng)”項目獲得省級優(yōu)秀結題，2項“挑戰(zhàn)杯”項目獲得校級金獎并進入國家級賽道，2項“互聯(lián)網(wǎng)+”項目獲得校級金獎并有望進入省級和國家級賽道。他說：“希望他們在后續(xù)比賽中取得好成績，但更重要的是他們在本科階段就能與科學研究近距離接觸，并對科技成果轉(zhuǎn)化過程有清晰的了解，這對他們未來的學業(yè)和職業(yè)生涯都會產(chǎn)生重要影響。”此外，他還將思政元素融入到教學中，以提高學生的思想道德素質(zhì)，增強民族自信，深植愛國主義情懷，培養(yǎng)唯物辯證法的科學思維方法，引導學術創(chuàng)新。

弘揚科學家精神，致力高安全、長壽命動力電池研發(fā)

談及未來科研規(guī)劃，他說，身為一名教學科研人員，在立德樹人的同時，身上始終肩負著科研使命，是愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻、協(xié)同、育人的科學家精神指引他前行。接下來，他將繼續(xù)圍繞車用動力電池失效仿生防控，開展仿生學、電化學、材料科學、熱科學、儲能科學、動力工程、車輛工程等領域的交叉科學研究，設計并研發(fā)更多新型仿生材料，重點突破熱失控免疫電池和類細胞微納電極材料原創(chuàng)理論與核心技術，并盡快推廣應用，從根本上大幅度提高電池安全性與電化學性能。李偉峰說，感謝母校吉林大學提供的良好科研環(huán)境，使自己安心開展科學前沿研究。在他看來，在全球交通電動化和能源低碳化大背景下，要把握大勢、搶占先機，勇攀高峰，敢為人先，直面困難、不懼失敗，勇于向科學技術高度、廣度和深度進軍，為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)貢獻自己的一份綿薄之力。