电动汽车中的锂离子电池一旦短路，往往瞬间发生起火、爆炸等安全事故。5年前，李伦在武汉理工大学读硕士研究生时就在思考解决办法，如今已成为该校博士后的她，终于取得创新性突破，其科研成果发表在最新一期的Nature Chemical Engineering（《自然-化学工程》）上。
目前，在武汉理工大学物理与力学学院何大平教授积极推动下，这项科研成果及相关专利已经成功转化，一家企业已经投资3000万元放大生产。据此，该团队成立了海南彰昱科技有限公司将不断进行后续验证，若验证可行将很快落地应用。
李伦博士展示团队研制的石墨烯集流体材料。长江日报记者 汪洋 摄
一次实验获得意外发现
锂离子电池之所以容易起火爆炸，是因为电池内部的散热速度慢于热量产生的速度，导致电池内部热量集中，触发一系列放热反应。电池温度不断升高，最终引发热失控。因此，控制电池内部热量的产生和改善电池的传热对于消除电池热失控问题至关重要。
2020年，李伦博士在一次实验过程中，对起火爆炸后的电池进行拆解，发现电池正极的金属集流体几乎被烧成了灰烬，而金属集流体的构成材料主要是铝或铜。
“这说明金属集流体可能与热失控之间有一定的内在联系。”她将这一现象告知武汉理工大学物理与力学学院何大平教授、材料科学与工程学院麦立强教授，两位教授和她一起讨论，激发她思考：能不能找到一种阻燃的材料取代金属集流体呢？这种替代性材料必须导热性能好，同时阻燃效果也要好，还要有较高的致密度，这样做出来的电池体积不至于过大。
他们一致将目标定在了石墨烯这种独特的二维材料上。李伦将石墨烯放在酒精灯上烧了半小时，竟然完好如初，这一发现也让实验室的同学们惊奇不已。
“我们提出的解决方案是制备高导热石墨烯集流体，取代传统的金属集流体，从而显著提高电池安全性。”李伦博士告诉记者，她的科研成果还得到深圳大学杨金龙副教授的指导。
李伦博士组装的锂离子电池。长江日报记者 汪洋 摄
两次高温“锻造”石墨烯集流体
不过，能否用石墨烯制备集流体，还需要将材料做到一定的机械强度和足够的薄，至少达到10—20微米，导电性能也要很好。
16日上午，长江日报记者探访武汉理工大学宏观石墨烯膜合成室，李伦博士拿出一卷金属箔告诉记者：“这是铝集流体，目前锂电池正极材料中用的就是它。也有用铜集流体的，都是金属集流体。”随后，李伦博士又拿出一卷非金属材料，说道：“这是我们的石墨烯集流体，大批量制备主要是在武汉汉烯科技有限公司研制而成。”
记者看到，石墨烯集流体薄如蝉翼，李伦将它多次弯折都没有变形。“它的厚度只有10微米，无论将它弯折多少次，放到显微镜下观察，都丝毫不会有裂纹。而且别看它轻柔，它可是经历了两次高温锻造，就如同孙悟空被丢进太上老君的炼丹炉锻造过一般。”
在李伦博士的介绍下，记者注意到实验室正中间有两台高温石墨化炉。李伦博士说，石墨烯原始材料先后经过两次高温，最终锻造出石墨烯集流体材料。
实验室里，各种不同类型的电池正在进行电化学测试。长江日报记者 汪洋 摄
企业投资3000万元进行生产验证
石墨烯集流体材料成形后，拿到武汉理工大学纳米实验室进行材料结构表征和相关安全性测试等。随后，团队将其制造成软包电池，进行一系列电化学性能测试。
记者看到，武汉理工大学纳米实验室里除了锂离子电池，还有钠离子电池、钾离子电池等各种不同类型的电池正在进行电化学测试。
李伦介绍，她组装的锂离子电池还在武汉理工大学高温高压物理研究所进行过测试，她也经常和深圳大学杨金龙副教授讨论实验数据，分析实验结果和规划下一步研究计划。
“这几年，我时常奔波于宏观石墨烯膜合成室、纳米实验室、高温高压物理研究所3个地方，但我不觉得辛苦，只要能够做出成果，就感到非常充实。”今年已经成为武汉理工大学博士后的李伦告诉记者，她从事这项研究已经5年了，即使明年博士后出站了，她仍会将这一研究持续深入下去。
李伦博士介绍，目前一家企业已经投资3000万元放大生产，若验证可行将很快落地应用。
（长江日报记者汪洋 通讯员谢小琴）
【编辑：王戎飞】
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