2025年04月17日消息：?? 近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所宣布，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)加熱富鋰錳基正極材料可修復(fù)老化鋰電池結(jié)構(gòu)，使電池容量恢復(fù)至接近初始水平。這項(xiàng)突破性研究為解決高能量密度電池壽命短的行業(yè)難題提供了全新方案，相關(guān)成果于北京時(shí)間4月16日在線發(fā)表于《自然》期刊。

??破解高能電池“衰老密碼”??

富鋰錳基正極材料因放電比容量高達(dá)300mAh/g（遠(yuǎn)超磷酸鐵鋰和三元材料），被視為下一代高比能鋰電池的核心材料，可使電池能量密度提升30%以上。然而，其實(shí)際應(yīng)用受限于反復(fù)充放電導(dǎo)致的電壓衰減問(wèn)題——材料內(nèi)部氧活性引發(fā)的結(jié)構(gòu)無(wú)序會(huì)持續(xù)累積，最終造成不可逆的容量衰退。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位加熱同步輻射X射線衍射技術(shù)，首次觀測(cè)到富鋰錳基材料在150℃-250℃時(shí)呈現(xiàn)“負(fù)熱膨脹”特性：晶胞體積反常收縮，原子排列趨于有序。這種“遇熱收縮”現(xiàn)象源于熱激發(fā)的氧活性調(diào)控，可將亞穩(wěn)態(tài)的無(wú)序結(jié)構(gòu)重置為穩(wěn)定態(tài)，從而恢復(fù)電池電壓。

??智能修復(fù)技術(shù)延長(zhǎng)壽命??

基于此發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出“電化學(xué)退火”修復(fù)策略：在30%電量條件下循環(huán)充電，即可使老化電池的平均放電電壓恢復(fù)98%，循環(huán)壽命突破1000次，整體壽命延長(zhǎng)至8-10年（現(xiàn)有體系約4-5年）。實(shí)驗(yàn)顯示，修復(fù)后的電池在1C倍率下循環(huán)600次后容量保持率達(dá)80.1%。

“這相當(dāng)于給電池裝上了‘時(shí)光機(jī)’。”論文通訊作者劉兆平研究員比喻道，“通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控充電策略，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的鋰電池有望像智能手機(jī)系統(tǒng)一樣定期更新，保持最佳性能。”

??產(chǎn)業(yè)化前景與挑戰(zhàn)??

該技術(shù)已通過(guò)寧德時(shí)代、衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2026年進(jìn)入中試階段。若實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將推動(dòng)電動(dòng)航空器、長(zhǎng)途重卡等場(chǎng)景的電池應(yīng)用突破。審稿人評(píng)價(jià)稱(chēng)，這項(xiàng)研究“不僅革新了電池壽命管理范式，更為功能材料設(shè)計(jì)提供了普適性方法論”。

目前團(tuán)隊(duì)正探索將負(fù)熱膨脹特性與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合，開(kāi)發(fā)零熱膨脹電極材料，以解決溫度波動(dòng)導(dǎo)致的電池性能衰減問(wèn)題