2019年十二月十四日，《麻省理工科技評(píng)論》公布了2019年"35歲以下創(chuàng)新35人"（InnovatorsUnder35China）我國(guó)區(qū)榜單。在本屆榜單上，雖然缺失了"創(chuàng)業(yè)家"的身影，但是我們看到了許多在具有產(chǎn)業(yè)化潛能的領(lǐng)域方面堅(jiān)持科研使命的獲獎(jiǎng)人，也看到更多散布在海外優(yōu)秀學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們，用自身不改初心的堅(jiān)持努力，取得了專家級(jí)標(biāo)竿成就的科研成果，其中有超過(guò)半數(shù)以上的獲獎(jiǎng)?wù)?，都取得了專家?jí)的突破性研究成果和發(fā)現(xiàn)。我們將陸續(xù)發(fā)出對(duì)35位獲獎(jiǎng)?wù)叩莫?dú)家專訪，介紹他們的科技創(chuàng)新成果和相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以及他們對(duì)科技趨勢(shì)的理解和判斷。

自1999年起，《麻省理工科技評(píng)論》每年都會(huì)推出"35歲以下創(chuàng)新35人"（InnovatorsUnder35China）榜單，旨在于全球范圍內(nèi)評(píng)選出被認(rèn)為最有才華、最具創(chuàng)新精神，以及最有可能改變世界的35位年輕技術(shù)創(chuàng)新者或公司家，共分為發(fā)明家、創(chuàng)業(yè)家、遠(yuǎn)見(jiàn)者、人文關(guān)懷者及先鋒者五類。2017年，該榜單正式推出我國(guó)區(qū)評(píng)選，遴選我國(guó)籍的青年科技創(chuàng)新者。新一屆2020年度榜單正在征集提名和報(bào)名，截止時(shí)間2020年六月三十日。詳情請(qǐng)見(jiàn)文末。

劉凱憑借其在鋰電池領(lǐng)域取得的一系列成果，榮膺2019年《麻省理工科技評(píng)論》"35歲以下科技創(chuàng)新35人"我國(guó)區(qū)得主。

獲獎(jiǎng)時(shí)年齡：32歲

獲獎(jiǎng)時(shí)職位：清華大學(xué)助理教授獲獎(jiǎng)理由：他從事高安全性鋰電池的科研工作，系統(tǒng)研究了鋰電池的熱失控機(jī)理，在材料層面提出了提高鋰離子安全性的一系列新方法。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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鋰電池是電動(dòng)汽車、便攜式設(shè)備、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一。可以說(shuō)，沒(méi)有鋰電池，就沒(méi)有移動(dòng)的智能生活，人類應(yīng)對(duì)氣候變化的努力也將缺少一個(gè)重要的幫手。

然而，從鋰電池技術(shù)誕生之日起，它的頭上就一直籠罩著一層揮之不去的"陰影"——安全性。不論是被各大公司拒絕的三星note7，還是時(shí)常聽(tīng)聞的電動(dòng)汽車自燃事故，這背后反映出的都是同一個(gè)問(wèn)題：鋰電池太容易熱失控了。

清華大學(xué)化學(xué)工程系助理教授劉凱，從事的就是高安全性鋰電池的科研工作。他在材料層面提出了提高鋰離子安全性的一系列新方法，有望使電動(dòng)汽車、手機(jī)等擺脫著火的命運(yùn)。

劉凱本科就讀于吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院。這里氛圍踏實(shí)、培養(yǎng)系統(tǒng)、教學(xué)嚴(yán)格，是很多優(yōu)秀化學(xué)人才的搖籃。之后，他進(jìn)入清華大學(xué)化學(xué)系攻讀博士學(xué)位，并斬獲了清華大學(xué)的最高榮譽(yù)——每年僅在全校范圍內(nèi)獎(jiǎng)勵(lì)10名研究生的清華大學(xué)特等獎(jiǎng)學(xué)金。

博士畢業(yè)后，劉凱赴美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)展博士后研究工作。劉凱回憶道，斯坦福是一個(gè)十分多元開(kāi)放的地方。學(xué)校內(nèi)部不同科系之間的界限很不明顯，電子、機(jī)械、材料、化學(xué)、物理的人都在同一個(gè)樓里做實(shí)驗(yàn)，連吃飯交流的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)很多交叉的想法。而實(shí)驗(yàn)室里更是什么背景的人都有，不管遇到什么問(wèn)題，都能找到專家去問(wèn)。他在鋰電池安全領(lǐng)域的創(chuàng)新，也正是得益于這種"任何思路都不受限制"的環(huán)境。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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在博士期間，劉凱的研究方向是超分子材料。這是一種基于分子間的超分子用途自組裝形成的材料，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)、自我修復(fù)等特殊的優(yōu)異性能。但有關(guān)博士后期間要研究的鋰電池，其實(shí)一開(kāi)始他并不熟悉?？伤麉s把自己在超分子材料方面的知識(shí)，引入到了鋰電池的研究之中，在本質(zhì)上大幅提高了鋰電池的安全性。

他首先深入系統(tǒng)地分析了鋰電池出現(xiàn)熱失控的機(jī)理，并把它分成了"萌芽""蔓延""爆發(fā)"三個(gè)階段。以鋰電池安全最大的威脅之一——鋰枝晶生長(zhǎng)為例：在低溫充電、快速充電等情況下，電極材料上會(huì)生長(zhǎng)出樹(shù)枝狀的金屬鋰枝晶，這便是鋰電池?zé)崾Э氐?quot;萌芽"階段。之后，在"蔓延"階段，鋰枝晶會(huì)逐漸刺破正負(fù)電極之間起絕緣用途的薄膜，進(jìn)而在"爆發(fā)"階段造成電池的內(nèi)短路、起火和爆炸。

針對(duì)三個(gè)階段各自不同的特點(diǎn)，劉凱設(shè)計(jì)出了不同的材料，構(gòu)建出防止鋰電池?zé)崾Э氐?quot;三道防線"。

在"萌芽"階段，劉凱引入了動(dòng)態(tài)超分子作為鋰金屬電極的"智能反饋"涂層。他將一層厚度僅約1微米的含有硼酸酯動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的高分子，涂在了鋰金屬的表面。這個(gè)涂層本來(lái)是軟的，但當(dāng)鋰枝晶生長(zhǎng)起來(lái)、戳到涂層后，會(huì)激發(fā)出硼酸酯動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的"剪切增稠性質(zhì)"，讓涂層變硬，把生成的鋰枝晶"按"下去。劉凱發(fā)現(xiàn)，這種智能涂層可以有效抑制鋰枝晶的出現(xiàn)，而副用途卻很少。

假如鋰枝晶突破了第一道防線，刺入了隔膜，電池的熱失控就進(jìn)入了"蔓延"階段，劉凱的第二道防線就要起用途了。他提出了一種名叫"反應(yīng)-保護(hù)"型隔膜的新機(jī)理，在隔膜上面加了一些化學(xué)物質(zhì)，可以把進(jìn)入隔膜的具有高化學(xué)活性的鋰金屬"吃掉"。這種利用化學(xué)淬滅減緩鋰枝晶生長(zhǎng)速率的方式，將鋰金屬負(fù)極的使用壽命延長(zhǎng)了5倍。

最后在"爆發(fā)"階段，他還構(gòu)建了第三道防線——具有熱刺激響應(yīng)功能的"分子滅火器"。為防止電池燃燒，常用的方法是在易燃的電解液中添加防火劑，但防火劑會(huì)大大降低電池在正常運(yùn)行時(shí)的電化學(xué)性能。而劉凱想到的解決方法，是把防火劑裝進(jìn)用電化學(xué)惰性、熔點(diǎn)低的含氟共聚物制成的微型外殼之中。正常充放電時(shí)，高分子外殼能夠阻隔防火劑和電解液接觸，減小防火劑對(duì)電池性能的負(fù)面影響；而當(dāng)電池發(fā)生熱失控導(dǎo)致溫度升高時(shí)，外殼則會(huì)受熱熔化，像滅火器相同把防火劑噴出來(lái)，釋放到電解液中，起到抑制燃燒的用途。在不影響鋰電池性能的前提下，他將電解液自熄滅的時(shí)間縮短了近30倍。這種思路讓鋰電池同時(shí)兼具高電化學(xué)性能和良好的安全性成為了可能。

劉凱表示，影響鋰電池安全性的因素非常多，自己只是供應(yīng)了一個(gè)框架和思路，將來(lái)肯定還有很多可以做的。"科研是我們報(bào)效祖國(guó)的方式。希望世界能因?yàn)槲覀兊难芯砍晒l(fā)生一些好的改變，這是科研工作者的使命。"