下一代锂电池有望“返老还童”
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究团队，在下一代锂电池富锂锰基正极材料研究方面取得了一项突破性进展。
该研究团队发现，富锂锰基正极材料具有独特的“遇热收缩”特性，即“负热膨胀”，这与自然界中大多数物质“热胀冷缩”的性质截然不同。这种收缩行为可以帮助老化的电池恢复电压，实现电池的“返老还童”。研究团队还提出了利用这一特性让老化电池恢复性能的创新方法，这一发现为开发更智能、更耐用的下一代锂电池提供了全新思路。
据悉，锂电池材料主要包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液等，其中，正极材料最常用的是磷酸铁锂和三元材料。“目前，很多电动汽车行驶四五百公里后，电池就没电了，主要原因是电池材料的比容量低。”中国科学院宁波材料所研究员刘兆平表示，未来，要想电动汽车续航提升至七八百公里甚至更长，发展高比容量、高电压的正极材料来提升锂电池能量密度十分关键。
在众多材料中，富锂锰基正极材料凭借优势脱颖而出。一方面，这种新材料放电比容量高达300毫安时/克，远超目前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料，可直接将电池能量密度提升30%以上；另一方面，它还具有显着的成本优势。因此，富锂锰基正极材料成为公认的下一代锂电池正极材料的热门选择。
然而，理想与现实之间存在一定差距。中国科学院宁波材料所副研究员邱报表示，作为一种氧活性正极材料，富锂锰基正极材料在实际使用中面临一个严重问题：经过多次充放电后，富锂锰基电池的电压会逐渐下降，出现所谓的“老化”现象，这严重阻碍了其商业化应用。
问题的症结在哪里？研究团队深入探究发现，反复充放电过程中，富锂锰基材料内部的晶体结构会遭到破坏，逐渐变得无序，就像原本整整齐齐的队伍瞬间混乱，这种结构的变化导致富锂锰基电池使用寿命和效率大幅降低。不过，适当升温可以消除外部应力对材料结构的影响，使材料从无序状态恢复到更稳定的有序结构。
基于此，研究团队开发出通过电化学手段让老化富锂锰基电池“返老还童”的新方法。“该方法利用电化学和热化学驱动力的相似性，将富锂锰基正极材料从结构无序、不稳定的状态重置回接近原始的结构有序状态。”刘兆平说。
不仅如此，研究团队还提出了简单有效的修复策略：对富锂锰基电池进行低电压充电（充电20%至30%）数次，可使电池的平均放电电压恢复到接近100%，同时修复正极材料的结构损伤，显着延长电池使用寿命。刘兆平透露，目前科研团队正在与相关企业紧密对接，全力推动科研成果走向市场。
随着先进实验技术和人工智能的结合，材料设计正朝着按需定制的方向发展。“未来，电动汽车、电动航空器不仅具备更长的续航能力，锂电池还可以实现超长寿命，为新能源领域发展带来新变革。”刘兆平说。
原标题：下一代锂电池有望“返老还童”
文章来源：http://www.ce.cn/cysc/ny/gdxw/202504/25/t20250425_39349853.shtml
(责任编辑：liutingting)
