起初，李彪對(duì)自己專業(yè)的興趣始終缺乏一絲著迷的熱情。北大工學(xué)院能源系初設(shè)不久，專業(yè)的開設(shè)在國內(nèi)也是首例，相較于工科專業(yè)，這一時(shí)期更吸引李彪的是建筑學(xué)。那一絲缺乏的熱情始終阻攔著他真正深入地去認(rèn)識(shí)自己所在的專業(yè)。

本科參加暑期夏令營活動(dòng)的照片

平日里，他積極參與院里的外聯(lián)活動(dòng)，負(fù)責(zé)為學(xué)院活動(dòng)尋找贊助；他還加入了“雁行北大”這個(gè)跨校公益組織，與清華、人大、北師大的學(xué)子們共同籌辦活動(dòng)，結(jié)識(shí)了許多志同道合的朋友，極大地提升了自己的組織能力；在課余時(shí)間，李彪也常去暢春園食街，那里是他和同窗們擼串、打桌游的好去處；西南門外的肯德基、咖啡館，校園內(nèi)的學(xué)一食堂、以及如今已成回憶的康博斯……李彪青春的歲月在這些地方留下了深深的印記，既充實(shí)又難忘。

本科出游的照片

為了滿足自己對(duì)建筑學(xué)知識(shí)的渴求，他嘗試通過旁聽建筑課程來深入學(xué)習(xí)這門專業(yè)，但本科專業(yè)的限制、建筑課程任務(wù)的繁重，讓他不得不放下在本科階段轉(zhuǎn)學(xué)建筑的念想。與此同時(shí)，他積極地參與到校內(nèi)社團(tuán)工作中，并選修經(jīng)濟(jì)學(xué)雙學(xué)位，為本科就業(yè)服務(wù)。

那時(shí)，李彪的計(jì)劃里并沒有在本專業(yè)繼續(xù)學(xué)習(xí)這一選項(xiàng)的身影，那一絲缺乏的熱情始終阻攔著他真正深入地去認(rèn)識(shí)自己所在的專業(yè)。

直到大三，李彪選修了夏定國老師開設(shè)的新能源技術(shù)的課程，第一次深入了解鋰離子電池的概念?！半姵厥且粋€(gè)非常有意思的東西?！边@種概念的材料科學(xué)和傳統(tǒng)的高分子、化學(xué)、工程等材料學(xué)科有很大的不同，它的結(jié)構(gòu)像是一個(gè)“建筑設(shè)計(jì)”，使得材料可以可逆地存儲(chǔ)鋰離子。從此，埋藏在心底的建筑理想似乎有了歸處，李彪決定跟著夏老師，深耕電池領(lǐng)域，繼續(xù)碩士、博士階段的學(xué)習(xí)，眼前豁然開朗，他從未想過的那條路與他想走的大道奔向一處。

李彪與夏定國老師

“不壞不壞，忘得真快”，“張無忌”抽出了那縷他真正需要的“意”，建筑學(xué)的思維在新能源研究中引導(dǎo)出了新的創(chuàng)新點(diǎn)。

直博后，李彪的生活軌跡簡(jiǎn)單了很多。他大部分精力用于科研，“除了在實(shí)驗(yàn)里做實(shí)驗(yàn)，就是在工位上寫論文，偶爾也會(huì)出差?！比兆訂渭儏s不單調(diào)，自我驅(qū)動(dòng)力與強(qiáng)烈的好奇心，讓李彪始終充滿熱情地對(duì)待科研。

談及此，李彪不無感慨：“行至今天，越發(fā)覺得冥冥中自有天意，興趣是最好的老師?！?/p>

鋰離子電池工作的基本原理是鋰離子在正極和負(fù)極之間來回穿梭。

李彪喜歡用房屋的結(jié)構(gòu)來形容它：“電池的正負(fù)極就像是兩個(gè)房間，鋰離子既可以待在房間里，也能來回穿梭，像搖椅一樣在正負(fù)極間擺動(dòng)，人們也稱之為搖椅式電池。我研究的正是這一電池中電極材料的結(jié)構(gòu)?！?/p>

圖1“搖椅式”鋰離子電池的工作原理，圖片來源于美國能源部

圖2.富鋰錳基正極材料晶體結(jié)構(gòu)模型和透射電子顯微鏡照片

更準(zhǔn)確來說，李彪研究的是鋰離子電池電極材料框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋰離子反應(yīng)機(jī)理問題，這和鋰離子電池能夠擁有怎樣的性能密切相關(guān)。

比如大眾最關(guān)心的電池續(xù)航問題。轉(zhuǎn)換到研究中，就取決于鋰離子框架結(jié)構(gòu)里的鋰離子數(shù)量，它能夠儲(chǔ)存和釋放的鋰離子數(shù)量越多，則存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移的電荷越多，能量密度便越高，電池續(xù)航也就越持久；

比如大眾關(guān)心的電池壽命問題。轉(zhuǎn)換到研究中，就取決于鋰離子在其框架結(jié)構(gòu)中的穿梭情況，鋰離子在正負(fù)極兩個(gè)“房間”內(nèi)部穿梭的過程中，其速度會(huì)對(duì)“房屋”結(jié)構(gòu)造成影響，一旦破壞“房屋”結(jié)構(gòu)，就會(huì)影響電池使用壽命；

再比如近些年市面上流行的各類快充技術(shù)，同樣依賴于鋰離子電池相關(guān)研究，這要考慮的就是一個(gè)動(dòng)力學(xué)問題，即如何更快讓鋰離子從“房間”里進(jìn)出；

……

而在鋰離子電池的研究中，最為核心的突破需要落腳于材料上。

目前的市面上流行的鋰離子電池，相較于其他材料雖然已經(jīng)是更為優(yōu)質(zhì)的高能量密度、輕量級(jí)和可再充電的電源解決方案，但仍存在電池能量密度偏低的問題。為解決這一問題，開發(fā)高比能量密度的正極材料是關(guān)鍵。

在李彪進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域之前，幾代科研人已經(jīng)為此做了許多努力。

20世紀(jì)初，具有極高比容量的富鋰錳基正極材料被發(fā)現(xiàn)，但由于其不可逆容量過大、析氧、電壓滯后、電壓衰退等缺陷，沒能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化利用，其結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制存在的許多問題，也困擾了學(xué)界很久。

針對(duì)此前研究的空白，李彪所在課題組采取了一系列先進(jìn)表征技術(shù)來觀察研究，揭示了鈷和鎳這兩種過渡金屬在決定高容量正極材料的性能中所起到的不同角色，對(duì)未來如何從組分設(shè)計(jì)的角度來提升材料的性能具有重要的意義，為設(shè)計(jì)新一代正極材料添上了一塊新基石。

沿著李彪的研究路線向前展望，下一步要邁向的就是探索合成性能指標(biāo)更加均衡的富鋰正極材料，假如其可以同時(shí)擁有較高的能量密度和循環(huán)性能，并且具有較小的電壓滯后和電壓衰退，那么單體電池能量密度將有望達(dá)到400Wh/kg或以上，大大提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，富鋰正極材料的產(chǎn)業(yè)化利用指日可待。