聚焦新能源電池失效難題 為國(guó)人出行護(hù)航記吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院、汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)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(yán)重制約著新能源汽車發(fā)展。

吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院、汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授李偉峰主要從事新能源汽車動(dòng)力電池失效仿生防控研究，具有多項(xiàng)創(chuàng)新研究成果。他先后承擔(dān)和主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)子課題、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃人才專項(xiàng)-青年成長(zhǎng)科技計(jì)劃項(xiàng)目、吉林省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目、吉林大學(xué)青年師生交叉學(xué)科培育項(xiàng)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(guó)家發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)，并兼任國(guó)際SCI期刊主題編輯、審稿專家等。

響應(yīng)國(guó)家需求，聚焦動(dòng)力電池

李偉峰說：“很感謝我的博士導(dǎo)師劉忠長(zhǎng)教授和王忠恕教授帶我進(jìn)入燃燒學(xué)領(lǐng)域，為我開展電池燃燒與排放交叉科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，也讓我具備了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕舅刭|(zhì)?！?/p>

2016年，李偉峰獲得吉林大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理專業(yè)博士學(xué)位，并獲吉林省優(yōu)博論文、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)優(yōu)博論文提名獎(jiǎng)等稱號(hào)。2017年，他在清華大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理專業(yè)開展博士后研究，研究方向?yàn)閯?dòng)力電池燃燒與排放，并于2020年以出站考核“優(yōu)秀”的成績(jī)完成博士后科研工作?！胺浅８兄x我的博士后導(dǎo)師歐陽(yáng)明高院士把我?guī)胄履茉雌囶I(lǐng)域，并大幅度提升了我的科研水平，這對(duì)我未來的科研道路具有重要意義?！崩顐シ逭f道。

如今，新能源汽車發(fā)展之勢(shì)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(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)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(dòng)力電池領(lǐng)域開展基礎(chǔ)科學(xué)與核心技術(shù)研究。

進(jìn)行仿生創(chuàng)新研究，初見成效

2020年11月，李偉峰以人才引進(jìn)的方式入職吉林大學(xué)并加入高振海教授團(tuán)隊(duì)，研究重點(diǎn)由電池特性轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵卦O(shè)計(jì)，主要借助仿生手段開展車用動(dòng)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(dòng)力電池?zé)崾Э匾鸬男履茉雌嚻鸹?、爆炸難題。李偉峰指出，電池?zé)崾Э睾图?xì)胞分裂失控具有高度相似性，都是在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)量的激增。他和團(tuán)隊(duì)受到生物體免疫機(jī)制啟發(fā)，提出電池?zé)崾Э孛庖叩姆律砟睿O(shè)計(jì)并研發(fā)出起熱失控抑制作用的免疫微膠囊。

微膠囊技術(shù)本身比較成熟，但國(guó)際上動(dòng)力電池?zé)崾Э孛庖呶⒛z囊相關(guān)研究尚處于摸索階段?！搬槍?duì)不同熱失控主控反應(yīng)，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(shí)，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(duì)電池電化學(xué)性能的影響；電池即將發(fā)生熱失控時(shí)，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(tuán)隊(duì)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。他說，熱失控免疫電池研究是在吉林省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目和吉林大學(xué)青年師生交叉學(xué)科項(xiàng)目資助下開展的，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Science上，并申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)。

另外，他還開展類細(xì)胞微納負(fù)極材料研究，主要解決動(dòng)力電池負(fù)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(xì)胞也會(huì)出現(xiàn)吸水導(dǎo)致的體積過度膨脹問題，為此植物細(xì)胞進(jìn)化出比細(xì)胞質(zhì)伸縮性小的細(xì)胞壁。受此啟發(fā)，李偉峰和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并成功制備出一種具有“細(xì)胞壁”的微納鐵基負(fù)極材料。與傳統(tǒng)納米鐵基負(fù)極相比，類細(xì)胞微納負(fù)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(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)。

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(guó)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(jí)專門人才是主要任務(wù)，自己有義務(wù)為新能源汽車人才培養(yǎng)的“搖籃”階段貢獻(xiàn)力量。

為此，他開設(shè)了《新能源汽車》《車用動(dòng)力電池儲(chǔ)能機(jī)理與應(yīng)用》等本科生與研究生課程，創(chuàng)建動(dòng)力電池教學(xué)平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生參加科技競(jìng)賽等。他指導(dǎo)的1項(xiàng)“大創(chuàng)”項(xiàng)目獲得省級(jí)優(yōu)秀結(jié)題，2項(xiàng)“挑戰(zhàn)杯”項(xiàng)目獲得校級(jí)金獎(jiǎng)并進(jìn)入國(guó)家級(jí)賽道，2項(xiàng)“互聯(lián)網(wǎng)+”項(xiàng)目獲得校級(jí)金獎(jiǎng)并有望進(jìn)入省級(jí)和國(guó)家級(jí)賽道。他說：“希望他們?cè)诤罄m(xù)比賽中取得好成績(jī)，但更重要的是他們?cè)诒究齐A段就能與科學(xué)研究近距離接觸，并對(duì)科技成果轉(zhuǎn)化過程有清晰的了解，這對(duì)他們未來的學(xué)業(yè)和職業(yè)生涯都會(huì)產(chǎn)生重要影響?！贝送?，他還將思政元素融入到教學(xué)中，以提高學(xué)生的思想道德素質(zhì)，增強(qiáng)民族自信，深植愛國(guó)主義情懷，培養(yǎng)唯物辯證法的科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)術(shù)創(chuàng)新。

弘揚(yáng)科學(xué)家精神，致力高安全、長(zhǎng)壽命動(dòng)力電池研發(fā)

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