人才信息库
李峰
性 别 最高学历 博士研究生
职 称 研究员 专家类别 博士生导师
部 门 先进炭材料研究部,新型电化学储能材料与器件
通讯地址 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号,中国科学院金属研究所,先进炭材料研究部
邮政编码 110016 电子邮件 fli@imr.ac.cn
电 话 +86-24-83970065 传 真 +86-24-23903126
简历:

2001-07 – 迄今: 中国科学院金属研究所

1995-09 – 2001-06: 中国科学院金属研究所硕士/博士

1991-09 – 1995-06: 南京化工大学

研究领域:

  主要从事新型电化学能源材料与器件研究。在能源材料的结构及表面状态对电化学过程的影响规律、材料制备、新型储能器件的设计与应用探索等方面取得了系统创新性成果,发展了多种电化学储能器件用碳基电极材料,解决了材料电化学应用的一些关键问题,研制出宽温度使用范围、高能量密度、高功率密度电极材料及特种电池,已在多家公司实现转化。

承担科研项目情况:

重要科研成果

1)作为活性材料的表面和结构调控:提出了新调控结构策略,实现了碳材料孔结构的精准调控,发现了有机电解液中双电层的形成规律,提出了固/固界面双电层新模型,并探索了其在电化学电容器中的应用。

  制备了不同比例的氧化石墨烯和热膨胀还原石墨烯的混合溶液,经过真空抽滤后, 发现所得薄膜材料的孔结构与两种石墨烯比例有关,可通过两者比例来调节片层间距,实现了调控整个电极材料孔隙率。在此基础上,设计了全固态柔性电化学电容器,石墨烯薄膜电极材料本身良好的弯折性能,保证了整个器件的柔性,并进一步发展了智能器件(Nature Energy,2020,领域中的热点、高被引论文)。该工作发表后受到了国内外学者的关注,入选了领域中的高被引论文,被多篇综述论文进行了详细的介绍。

  利用双氟草酸硼酸锂的还原反应,对多种碳材料进行了电化学包覆,构筑了高离子电导及纳米级厚度的固/固电极界面,实现了双电层电位区间的拓宽,提出了新的固固界面双电层模型,采用固/固界面电极构筑双石墨烯锂离子电容器,兼具高能量密度、高功率密度及长循环寿命,同时能量效率也得到显著提高(Advanced Energy Materials 2016, Advanced Energy Materials 2019-Highlight Back Cover, Journal of Energy Chemistry 2019)。

2)电化学反应中材料的相互作用调控:发现了掺杂碳材料与硫物种的相互作用规律,提出了高导电金属氮化物化学吸附和催化多硫化物的电催化现象。基于发现规律和现象制备了碳材料的高效三维导电网络电极,制备出高载硫的三维碳基电极材料,实现了锂硫电池在能量密度上的优势。

  利用密度泛函理论计算,发现氮掺杂石墨烯中吡啶氮的团簇能够较强地吸附多硫化物分子,抑制穿梭效应(Nano Energy 2016,领域中的高被引论文)。为了验证理论计算的结果,将金属有机骨架基多孔碳与石墨烯结合构建了导电网络,金属有机骨架基碳纳米颗粒的高比表面积和氮掺杂能够通过物理限制和化学吸附多硫化物、高导电石墨烯提供互连的导电网络,提高了硫的利用率,实现理论和实验的相互结合(Advanced Functional Materials 2018,领域中的高被引论文,Highlight Inside Back Cover)。提出构建具有化学锚定多硫化物的碳基材料电极的思路,将碳纳米材料和具有化学锚定多硫化物功能的高导电金属氮化物复合,有效解决了由“穿梭效应”带来的容量衰减及库伦效率低等问题,获得了优异的电化学性能(Nature Communications 2017,领域中的高被引论文)。

  从实用化角度出发,充分利用碳材料结构多样化的优势,发明了全石墨烯基正极、三维连通碳纤维泡沫等电极结构,在实现高硫含量与高硫载量的基础上,在电极中构建高效的电子和离子传输通道,获得了高比容量、高面容量和长循环寿命的硫正极,实现锂硫电池在能量密度上的优势,推动了锂硫电池实用化进程。(ACS Nano 2016, Advanced Materials 2016,领域中的高被引论文)。

  基于电化学反应中材料的相互作用调控方面的研究成果和经验,受邀先后在Energy Storage Materials 2016,Advanced Materials 2017, 物理化学学报 2018,Small 2019,Energy Technology 2019,Advanced Materials 2019,Energy Environmental Science 2020,Advanced Energy Materials 2021和 Journal of Energy Chemistry 2021上撰写了系列综述论文,系统总结了电化学反应中,电池体系中材料的相互作用规律,及其在锂离子电池、锂硫电池和柔性电池中的应用,为该领域的研究和发展指明了方向。

3)新型电池体系的研究和组分间相互作用调控:提出了改变铝离子电解液离子反应途径的新策略,制备出可快速反应的铝离子电池;利用锂盐和溶剂的分子结构设计调节金属锂负极的界面组成,获得了高性能的金属锂负极;发展了智能电化学器件。

  采用三氟乙酸锂调控锂表面SEI膜的成分,其中丰富的纳米无机粒子为锂离子的传输提供更多的晶界传输通道,并降低了锂离子在SEI膜中扩散的能垒(Advanced Energy Materials 2020,领域中的高被引论文)。同时系统总结了有关锂负极的现有问题及其原因,为未来实用化电解液和电池的研究提供了方向(Energy Storage Materials 2020,Chemical Society Review 2021)。

  基于理论计算,从电化学反应动力学过程入手,调整电化学反应过程中的控制步骤,改变电解液离子的反应途径,实现了快速反应的铝离子电池,为铝硫电池及其它类似电化学体系(如镁离子电池与电催化)研究开辟了新的思路(Angew Chem In Ed 2018),并受到Angew Chem In Ed编辑邀请,发表了该领域综述和展望论文(Angew Chem In Ed 2019,领域中的高被引论文)。

  提出了锂离子电容器的智能电芯设计,在实现锂离子电容器技术的同时,开发了一系列智能功能,如 (1)提升能量密度,(2)安全监控,(3)容量自恢复等(Energy Storage Materials 2015,2016)。总结了新型智能材料、新型化学及智能结构设计在锂离子电池应用中的最新研究进展 (Advanced Materials 2016, Small Methods 2019),指出智能材料及其设计的研究和发展将会使得下一代高性能锂离子电池的开发和应用取得更多的突破,在专著中《Novel Electrochemical Energy Storage Devices: Materials, Architecture and Future Trends》进行了更加详细探讨。

4)特种电池用材料和器件产业化:通过活性物质纳米化和碳纳米材料基三维导电网络的构建降低极化和提高电导,结合固态电解质中间层状态调控和电芯设计,获得了高性能的低温电池。

  采用碳纳米管构建有效的三维网络结构以提高磷酸铁锂材料的电子导电率,选用掺杂提高磷酸铁锂材料的离子电导,缩短锂离子的迁移路径,加快锂离子在低温下的迁移速率以及电子在低温下的传导能力,获得了低温磷酸铁锂材料。在实验室研究的基础上,分别开展了小试、中试、批量生产工作,取得了在-20°C、-40°C、-60°C条件下,放电容量保持率分别为常温容量的90%、70%、50%的超冷及深冷磷酸铁锂电池新产品,目前已完成批量化生产验证,已经实现了销售。

社会任职:

被聘为《新型炭材料》、《储能科学与技术》、《Journal of Energy Chemistry》、《Energy Storage Materials》和《Journal of Physics: Energy》编委。

被聘为中国硅酸盐学会固态离子学分会第九届理事会理事和中国颗粒学会第六届理事会理事。

获奖及荣誉:

2015年获国家杰出青年基金

2006年曾获得国家自然科学奖二等奖(排名第二)

2018年获得辽宁省自然科学奖一等奖(排名第一)

2018年获得中国颗粒学会自然科学奖一等奖(排名第一)。

代表论著:

  已经在Adv Mater、Nature Comm、Nature Energy等国际期刊发表新型能电化学能源与材料的论文300余篇,其中两篇论文入选中国百篇最具影响国际论文(2008, 2014),被引用超过50000次,超过30篇高被引用论文,2016-2021年入选科睿维安高被引用科学家名单, H因子100,受邀为Science、Adv Mater等撰写展望和综述论文。

专著:

F. Li, L. Wen, H-M. Cheng, Novel Electrochemical Energy Storage Devices: Materials, Architectures and Future Trends, Wiley, Apr. 2021, Print ISBN 978‐3‐527‐34579‐3 Online 9783527821051

最近3年发表主要论文

1 X.Y. Zhang, G.J. Hu, K. Chen, L.Y. Shen, R. Xiao, P. Tang, C.L. Yan, H-M. Cheng, Z.H. Sun*, F Li*, Structure-related electrochemical behavior of sulfur-rich polymer cathode with solid-solid conversion in lithium-sulfur batteries, Energy Storage Materials, 45, 1144- 1152(2022)

2 Z.X. Wang, Z.H. Sun*, Y. Shi, F.L. Qi, X.N. Gao, H.C. Yang, H-M. Cheng, and F. Li*, Ion-dipole chemistry drives rapid evolution of Li ions solvation sheath in low-temperature Li batteries, Advanced Energy Materials, 11, 2100935(2021)

3 F.L. Qi, Z.H. Sun*, X.L. Fan, Z.X. Wang, Y. Shi, G.H. Hu, F. Li*, Tunable interaction between metal-organic frameworks and electroactive components in lithium-sulfur batteries: status and perspectives, Advanced Energy Materials, 11, 2100387(2021)

4 S.T. Geng, T. Zhou*, M.Y. Jia, X.Y. Shen, P.B. Gao, S. Tian, P.F. Zhou, B. Liu, J. Zhou*, S.P. Zhuo and F. Li*, Carbon-coated WS2 nanosheets supported on carbon nanofibers for high-rate potassium-ion capacitors, Energy & Environmental Science, 14, 3184(2021)

5 H.C. Yang#, X. Chen#, N. Yao, N. Piao, Z.X. Wang, K. He, H-M. Cheng*, and F. Li*, Dissolution-precipitation dynamics in ester electrolyte for high-stability lithium metal batteries, ACS Energy Letters, 6, 1413-1421(2021)

6 Z.X. Wang#, Z.H. Sun#, J. LI, Y. Shi, C.G. Sun, B.G. An, H-M. Cheng, F. Li*, Insights into the deposition chemistry of Li ions in nonaqueous electrolyte for stable Li anodes, Chemical Society Reviews, 50, 3178- 3210(2021)

7 S.J. Xu#, Z.H. Sun#, C.G. Sun, F. Li, K. Chen, Z.H. Zhang, G.J. Hou, H‐M. Cheng*, F. Li*, Homogeneous and fast ion conduction of PEO-based solid-state electrolyte at low temperature, Advanced Functional Materials, 30:(51)2007172 (2020)

8 H.C Yang, J. Li, Z.H. Sun, R.P. Fang, D-W. Wang, K. He, H-M Cheng, F. Li*, Reliable liquid electrolytes for lithium metal batteries, Energy Storage Materials, 30, 113-129(2020)

9 Z.X. Wang, F.L. Qi, L.C. Yin, Y. Shi, C.G. Sun, B.G. An, H-M. Cheng, F. Li*, An anion-tuned solid electrolyte interphase with fast ion transfer kinetics for stable lithium anodes, Advanced Energy Materials, 10, 1903843(2020)

10 X.Y. Zhang, K. Chen, Z.H. Sun*, G.J. Hu, R. Xiao, H-M. Cheng, and F. Li*, Structure-related electrochemical performance of organosulfur compounds for lithium-sulfur batteries, Energy & Environmental Science, 13, 1076 -1095 (2020)

11 Z.N. Li, S. Gadipelli, H.C. LI, C.A. Howard, D.J.L. Brett, P. R. Shearing, Z.X. Guo*, I.P. Parkin*, F. Li*, Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore utilization towards compact capacitive energy storage, Nature Energy, 5, 160-168(2020)

12 H-C. Yang, H.C. Li, J. Li, Z.H. Sun, K. He, H-M. Cheng*, F. Li*, The rechargeable aluminum battery: opportunities and challenges, Angewandte Chemie International Edition, 58.11978-11996 (2019)

13 Y-Z. Wang, X-Y. Shan, D-W. Wang*, H-M. Cheng*, F. Li*, Mitigating self-discharge of carbon-based electrochemical capacitors by modifying their electric-double layer to maximize energy efficiency, Journal of Energy Chemistry, 38, 214-218 (2019)

14 Y-Z. Wang, X-Y. Shan, L.P. Ma, J.W. Wang, D-W. Wang*, Z.Q. Peng, H.M. Cheng, F. Li*, A desolvated solid-solid interface for a high-capacitance electric double layer, Advanced Energy Materials, 9, 1803715(2019)

15 R. P. Fang, K. Chen, L. C, Yin, Z. H. Sun, F. Li*, H. M. Cheng*, The regulating role of carbon nanotubes and graphene in advanced lithium-ion and lithium-sulfur batteries. Advanced Materials, 31, 1800863 (2019)

个人网页: