2008年，李彪入学北大工学院
在了解到电池材料的微观世界后
决定把自己成为一名“建筑师”的梦想
寄托在锂离子电池材料的设计与优化中
先后在北大经历了本科、直博、博士后
几个阶段的学习和工作之后
李彪远赴海外继续探索
2023年，他回到北大
担任北大材料科学与工程学院研究员
如今，他用自己14年的北大经历
成为了锂电池材料领域的“建筑师”
因能源转型和低碳经济的兴起，电动汽车正在逐步全面取代传统燃油汽车。对于消费者而言，续航能力和电池性能的提升一直是关注的重点。我们不禁会问：“如何开发更高能量密度的电池，从而让电动汽车的续航里程得到大幅提升？是否有更好的电池材料能突破当前技术瓶颈，让充电更快、续航更远？”
这一问题关乎现在，也关乎未来。而答案就在北京大学材料科学与工程学院李彪老师的研究方向——锂离子电池材料设计、合成及其反应机理中，他正在寻找。
“张无忌学太极”
作为常人眼中的青年英才，李彪批评起自己本科期间的学习情况却毫不留情："就像张无忌初学太极，死记硬背张三丰所教的招式，不能应对手的变而变，不能以不变应万变。"
起初，李彪对自己专业的兴趣始终缺乏一丝着迷的热情。北大工学院能源系初设不久，专业的开设在国内也是首例，相较于工科专业，这一时期更吸引李彪的是建筑学。那一丝缺乏的热情始终阻拦着他真正深入地去认识自己所在的专业。
本科参加暑期夏令营活动的照片
平日里，他积极参与院里的外联活动，负责为学院活动寻找赞助；他还加入了“雁行北大”这个跨校公益组织，与清华、人大、北师大的学子们共同筹办活动，结识了许多志同道合的朋友，极大地提升了自己的组织能力；在课余时间，李彪也常去畅春园食街，那里是他和同窗们撸串、打桌游的好去处；西南门外的肯德基、咖啡馆，校园内的学一食堂、以及如今已成回忆的康博斯……李彪青春的岁月在这些地方留下了深深的印记，既充实又难忘。
本科出游的照片
为了满足自己对建筑学知识的渴求，他尝试通过旁听建筑课程来深入学习这门专业，但本科专业的限制、建筑课程任务的繁重，让他不得不放下在本科阶段转学建筑的念想。与此同时，他积极地参与到校内社团工作中，并选修经济学双学位，为本科就业服务。
那时，李彪的计划里并没有在本专业继续学习这一选项的身影，那一丝缺乏的热情始终阻拦着他真正深入地去认识自己所在的专业。
直到大三，李彪选修了夏定国老师开设的新能源技术的课程，第一次深入了解锂离子电池的概念。“电池是一个非常有意思的东西。”这种概念的材料科学和传统的高分子、化学、工程等材料学科有很大的不同，它的结构像是一个“建筑设计”，使得材料可以可逆地存储锂离子。从此，埋藏在心底的建筑理想似乎有了归处，李彪决定跟着夏老师，深耕电池领域，继续硕士、博士阶段的学习，眼前豁然开朗，他从未想过的那条路与他想走的大道奔向一处。
李彪与夏定国老师
“不坏不坏，忘得真快”，“张无忌”抽出了那缕他真正需要的“意”，建筑学的思维在新能源研究中引导出了新的创新点。
直博后，李彪的生活轨迹简单了很多。他大部分精力用于科研，“除了在实验里做实验，就是在工位上写论文，偶尔也会出差。”日子单纯却不单调，自我驱动力与强烈的好奇心，让李彪始终充满热情地对待科研。
谈及此，李彪不无感慨：“行至今天，越发觉得冥冥中自有天意，兴趣是最好的老师。”
锂离子电池材料领域的“建筑师”
李彪常常将他在锂离子电池材料设计研究中的过程比拟为建筑，相较于“青年人才”、“研究员”等头衔，他也更喜欢称呼自己为“建筑师”——锂离子电池材料领域中的“建筑师”。
锂离子电池工作的基本原理是锂离子在正极和负极之间来回穿梭。
李彪喜欢用房屋的结构来形容它：“电池的正负极就像是两个房间，锂离子既可以待在房间里，也能来回穿梭，像摇椅一样在正负极间摆动，人们也称之为摇椅式电池。我研究的正是这一电池中电极材料的结构。”
图1 “摇椅式”锂离子电池的工作原理，图片来源于美国能源部
图2.富锂锰基正极材料晶体结构模型和透射电子显微镜照片
更准确来说，李彪研究的是锂离子电池电极材料框架结构内部的锂离子反应机理问题，这和锂离子电池能够拥有怎样的性能密切相关。
比如大众最关心的电池续航问题。转换到研究中，就取决于锂离子框架结构里的锂离子数量，它能够储存和释放的锂离子数量越多，则存储和转移的电荷越多，能量密度便越高，电池续航也就越持久；
比如大众关心的电池寿命问题。转换到研究中，就取决于锂离子在其框架结构中的穿梭情况，锂离子在正负极两个“房间”内部穿梭的过程中，其速度会对“房屋”结构造成影响，一旦破坏“房屋”结构，就会影响电池使用寿命；
再比如近些年市面上流行的各类快充技术，同样依赖于锂离子电池相关研究，这要考虑的就是一个动力学问题，即如何更快让锂离子从“房间”里进出；
……
而在锂离子电池的研究中，最为核心的突破需要落脚于材料上。
目前的市面上流行的锂离子电池，相较于其他材料虽然已经是更为优质的高能量密度、轻量级和可再充电的电源解决方案，但仍存在电池能量密度偏低的问题。为解决这一问题，开发高比能量密度的正极材料是关键。
在李彪进入这个研究领域之前，几代科研人已经为此做了许多努力。
20世纪初，具有极高比容量的富锂锰基正极材料被发现，但由于其不可逆容量过大、析氧、电压滞后、电压衰退等缺陷，没能实现大规模商业化利用，其结构和反应机制存在的许多问题，也困扰了学界很久。
针对此前研究的空白，李彪所在课题组采取了一系列先进表征技术来观察研究，揭示了钴和镍这两种过渡金属在决定高容量正极材料的性能中所起到的不同角色，对未来如何从组分设计的角度来提升材料的性能具有重要的意义，为设计新一代正极材料添上了一块新基石。
沿着李彪的研究路线向前展望，下一步要迈向的就是探索合成性能指标更加均衡的富锂正极材料，假如其可以同时拥有较高的能量密度和循环性能，并且具有较小的电压滞后和电压衰退，那么单体电池能量密度将有望达到400Wh/kg或以上，大大提升电动汽车的续航里程，富锂正极材料的产业化利用指日可待。
这个领域的建设涉及到非常多的基础科学问题。锂离子电池材料的研究涉及到固态离子学，它属于一个非常基础的科学问题范畴，从基础到最终演化为实际应用需要很久。
这一结果的取得，尽管离实际应用还比较远，但也足够令李彪兴奋——这是他从博士到博士后期间反复实验、挖掘的成果，是他从学生到学者的成熟，也是“电池建筑”中打地基、建主体的阶段。
李彪常常将他在锂离子电池材料设计研究中的过程比拟为建筑，相较于“青年人才”、“研究员”等头衔，他也更喜欢称呼自己为“建筑师”——锂离子电池材料领域中的“建筑师”：
从事锂离子电池材料设计，对我来说就如同做一个材料的‘建筑设计师’一样，通过构造不同的晶体结构，对局域结构的修饰和改进，以及加固支撑结构以防“大楼”（材料结构）坍塌等等，两者十分相似。
做“建筑师”的梦想在李彪心中扎根，要早于他坚定地选择新能源研究。
归来：变与不变
十三年间，时光流转，校园或许已换新颜，人事亦有所变迁。然而，对于李彪而言，有些东西却似乎依旧保持着当初的模样。
今年，已经是李彪在北大的第14年。从2008年考入北大算起，他在这所园子里度过了本科和直博九年的学生时光。以博士后身份在北大和法兰西公学院各工作几年后，李彪回到了北大，成为一名青年教师。十四年间，时光流转，校园或许已换新颜，人事亦有所变迁。然而，对于李彪而言，有些东西却似乎依旧保持着当初的模样。
我觉得巴黎是一个非常美丽的城市。去了之后发现，巴黎保留了很多古老的建筑，公共交通也保持着比较老旧的状态。在那儿待了很多年之后，我越来越觉得巴黎很宜居，会让人产生去追求某个理想或者好好生活的欲望。但我还是想回来。
短别更惹思念，“我在北大这个园子里待得太久了，久得不得不想回来。”
结束在法兰西公学院的博士后工作，时隔四年，李彪重回北大，以一名教师的身份加入材料科学与工程学院。“第一个就是物理上的变化。”教学楼的改建、门禁的增设、校园管理方式的一些变化，让李彪有所感叹。而另一方面，昌平新燕园校区的逐渐兴盛、新工科的开设，也让李彪看到了北大永不停息的发展活力与姿态。
李彪对新接手的教学工作满怀期待，虽坦言“教学对于从未实践过的我确实具有挑战性”，但他对自己多年来积累的学习方法和心得充满信心，渴望与学生们共同分享。作为一名博士生导师，他认为学生未来的职业选择应是多样的，不必局限于科研领域。他更注重培养学生的正确价值观和自主学习、解决问题的能力。“导师的职责不在于传授大量知识，而在于培养学生独当一面的决策力和主动克服问题的解决力，这才是我所期望的。”
李彪参加第21届全国固态离子学会议并作邀请报告
材料科学基础（下）课程，李彪与学生们的合影
对于科研，李彪怀有深厚的热情。他期待在拥有一个团队后，每天都能与团队成员激荡思维，共同探索科学与应用研究的无限乐趣。“科学的快乐在于其无限的可能性，与团队一起讨论和尝试各种新想法，这种快乐会以指数级的速度膨胀。”
即将开设的本科生课程，李彪也有着独特的设计理念。基于自己的求学经历，他深知知识灌输的乏味，主张讲授枯燥理论时必须结合实际案例，以生动形象的方式解释抽象公式。通过这样的生活实例，理论知识便变得易于理解且充满趣味。“结合生活中的例子，我相信理论会变得更好理解、更加有趣。”李彪用他的智慧和热情，描绘了一幅充满活力和希望的教育蓝图，在他的课堂上，知识不仅是传授，更是分享与探索的旅程。
李彪在北大工学院度过了他本科和博士阶段的岁月，如今面对北大的“新工科”建设，他感慨万千。在他眼中，“新工科”是时代的产物，是面向未来的新事物，创造无限新机遇的学科。材料学院在北大理科深厚传统的沃土上，在“新工科”的战略背景下应运而生，既承载了悠久的底蕴，也迎来了崭新的机遇。
他满怀期望地说：“在这里，不仅要致力于基础科学的研究，更要追求实际应用，将研究成果转化为现实。”在这片孕育创新的热土上，李彪希望能在科学的探索中，触摸到现实世界的脉搏，将理想与实践紧密结合，让知识之花绽放在每一个可能的角落，为人类社会带来切实的福祉。
“北大有特别优秀的学生和同事，加之新工科的搭建，是国内顶尖的平台。”“在北大待了太久了，这里已经成为我的家了。”不论是从外在条件还是个人情感出发，对于李彪来说，回北大都是一个必然的、“不用思考”的问题。在北大，他发掘了建筑的兴趣，踏上电池领域的“建筑之路”，成为一名锂离子电池的“建筑师”；如今带着成果回归北大，他开启了另一条“建筑之路”，成为一名教育领域的“建筑师”。北大是一片土壤，种下了李彪的理想，他在这里留下了大学时光的印记，也将在这里建筑更广阔的未来，一步步实现那些出于好奇而开启科研之路的伟大设想。
教育经历：
2008.09-2012.06，学士学位，北京大学，工学院，能源与资源工程系
2012.09-2017.06，博士学位，北京大学，工学院，能源与资源工程系
工作经历：
2017.07-2019.03，北京大学，工学院，能源与资源工程系，博士后
2019.04-2022.12，法兰西公学院（Collège de France），博士后
2023.02-至今，北京大学，材料科学与工程学院，研究员
研究领域：
课题组致力于探讨和研究固态离子学、电化学与能源材料交叉领域有趣的基础科学问题，推动相关领域的实际应用和产业化发展。我们的研究横跨微观层面对原子和晶体结构的深入剖析，微纳米材料的合成与制备，以及宏观层面的电化学器件的组装与优化。我们通过先进的表征技术手段来分析电极及其表界面的结构，从原子/离子层面的电荷转移和晶体结构变化的深入理解来研究电极材料的电化学行为。
具体包括但不限于以下几个方面：
（1）锂（钠）离子电池正极材料
（2）全固态电池正极与电解质材料及其界面
（3）先进电池材料表征技术的发展与应用
荣誉与奖励：
2022年国家海外高层次青年人才项目
2017年博士后创新人才支持计划
2017年北京大学优秀博士毕业论文
2017年北京市及北京大学优秀毕业生
2016年北京大学第24 届挑战杯特等奖
2015年第30 届全国青少年科技创新大赛科技创意一等奖
2014年博士生国家奖学金
来源 | 北京大学融媒体中心、北京大学材料科学与工程学院
采访&文字 | 陈莹、马骁
图片 | 刘月玲、受访者提供
排版 | 胡灵雯
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