聚焦新能源电池失效难题 为国人出行护航记吉林大学汽车工程学院、汽车仿真与控制国家重点实验室副教授李伟峰

◎ 文/于海芳、王俊奇

近年来，“新能源”一词已不再陌生，道路上随处可见的新能源汽车，仿佛一夜之间异军突起，新能源汽车产业也逐渐由政策驱动向市场驱动过渡。但是，安全性差和性能恶化引发的高比能电池失效难题严重制约着新能源汽车发展。

吉林大学汽车工程学院、汽车仿真与控制国家重点实验室副教授李伟峰主要从事新能源汽车动力电池失效仿生防控研究，具有多项创新研究成果。他先后承担和主持国家重点研发计划新能源汽车重点专项子课题、中国博士后科学基金面上项目、吉林省科技发展计划人才专项-青年成长科技计划项目、吉林省教育厅科学研究项目、吉林大学青年师生交叉学科培育项目；发表第一/通讯作者SCI论文16篇，其中JCR一区论文15篇、中科院一区论文7篇、Cell子刊论文2篇并有1篇入选iScience电池研究精选论文，截至2022年7月，1篇论文单篇引用超过100次、7篇论文单篇引用超过30次；以第一发明人获得国家发明专利授权3项，并兼任国际SCI期刊主题编辑、审稿专家等。

响应国家需求，聚焦动力电池

李伟峰说：“很感谢我的博士导师刘忠长教授和王忠恕教授带我进入燃烧学领域，为我开展电池燃烧与排放交叉科学研究奠定了基础，也让我具备了科学、严谨的基本素质。”

2016年，李伟峰获得吉林大学动力工程及工程热物理专业博士学位，并获吉林省优博论文、中国汽车工程学会优博论文提名奖等称号。2017年，他在清华大学动力工程及工程热物理专业开展博士后研究，研究方向为动力电池燃烧与排放，并于2020年以出站考核“优秀”的成绩完成博士后科研工作。“非常感谢我的博士后导师欧阳明高院士把我带入新能源汽车领域，并大幅度提升了我的科研水平，这对我未来的科研道路具有重要意义。”李伟峰说道。

如今，新能源汽车发展之势犹如雨后春笋。李伟峰说，发展新能源汽车意义重大，但在大规模推广之前有很多关键科学问题与技术瓶颈亟需解决。在未来研究中，他表示将继续在新能源汽车动力电池领域开展基础科学与核心技术研究。

进行仿生创新研究，初见成效

2020年11月，李伟峰以人才引进的方式入职吉林大学并加入高振海教授团队，研究重点由电池特性转变为电池设计，主要借助仿生手段开展车用动力电池失效防控研究。

他的首要研究是热失控免疫电池，主要解决动力电池热失控引起的新能源汽车起火、爆炸难题。李伟峰指出，电池热失控和细胞分裂失控具有高度相似性，都是在短时间内出现量的激增。他和团队受到生物体免疫机制启发，提出电池热失控免疫的仿生理念，设计并研发出起热失控抑制作用的免疫微胶囊。

微胶囊技术本身比较成熟，但国际上动力电池热失控免疫微胶囊相关研究尚处于摸索阶段。“针对不同热失控主控反应，我们把热失控免疫微胶囊分为阻燃微胶囊、灭火微胶囊和失活微胶囊。电池正常工作时，微胶囊的囊材将热失控抑制剂与电解液隔离，以降低热失控抑制剂对电池电化学性能的影响；电池即将发生热失控时，微胶囊的囊材破裂释放热失控抑制剂，以改善电池的安全性”李伟峰说道。目前，李伟峰和团队已成功开发一种新型阻燃微胶囊。和不采用阻燃剂相比，电解液中添加5%阻燃微胶囊可将电解液自熄时间缩短76%，半电池0.5 C放电比容量提升7%（200次循环）；和采用同量传统阻燃剂相比，电解液自熄时间缩短33%，半电池0.5 C放电比容量提升一倍（200次循环），初步实现预期效果。他说，热失控免疫电池研究是在吉林省教育厅科学研究项目和吉林大学青年师生交叉学科项目资助下开展的，相关成果发表在国际顶级期刊Advanced Science上，并申请国家发明专利4项。

另外，他还开展类细胞微纳负极材料研究，主要解决动力电池负极材料充放电循环体积膨胀引起的电池性能恶化难题。李伟峰说，细胞也会出现吸水导致的体积过度膨胀问题，为此植物细胞进化出比细胞质伸缩性小的细胞壁。受此启发，李伟峰和团队设计并成功制备出一种具有“细胞壁”的微纳铁基负极材料。与传统纳米铁基负极相比，类细胞微纳负极0.5 C放电比容量提高2倍以上（200次循环）。该成果已申请国家发明专利1项。

教书育人，助力新能源汽车人才培养

随着新能源汽车发展，我国出现新能源汽车“人才荒”难题。李伟峰说，身为高校教师，教书育人、培养高级专门人才是主要任务，自己有义务为新能源汽车人才培养的“摇篮”阶段贡献力量。

为此，他开设了《新能源汽车》《车用动力电池储能机理与应用》等本科生与研究生课程，创建动力电池教学平台，指导学生参加科技竞赛等。他指导的1项“大创”项目获得省级优秀结题，2项“挑战杯”项目获得校级金奖并进入国家级赛道，2项“互联网+”项目获得校级金奖并有望进入省级和国家级赛道。他说：“希望他们在后续比赛中取得好成绩，但更重要的是他们在本科阶段就能与科学研究近距离接触，并对科技成果转化过程有清晰的了解，这对他们未来的学业和职业生涯都会产生重要影响。”此外，他还将思政元素融入到教学中，以提高学生的思想道德素质，增强民族自信，深植爱国主义情怀，培养唯物辩证法的科学思维方法，引导学术创新。

弘扬科学家精神，致力高安全、长寿命动力电池研发

谈及未来科研规划，他说，身为一名教学科研人员，在立德树人的同时，身上始终肩负着科研使命，是爱国、创新、求实、奉献、协同、育人的科学家精神指引他前行。接下来，他将继续围绕车用动力电池失效仿生防控，开展仿生学、电化学、材料科学、热科学、储能科学、动力工程、车辆工程等领域的交叉科学研究，设计并研发更多新型仿生材料，重点突破热失控免疫电池和类细胞微纳电极材料原创理论与核心技术，并尽快推广应用，从根本上大幅度提高电池安全性与电化学性能。李伟峰说，感谢母校吉林大学提供的良好科研环境，使自己安心开展科学前沿研究。在他看来，在全球交通电动化和能源低碳化大背景下，要把握大势、抢占先机，勇攀高峰，敢为人先，直面困难、不惧失败，勇于向科学技术高度、广度和深度进军，为我国新能源汽车产业贡献自己的一份绵薄之力。