中新社北京4月17日電 （記者 孫自法）中國科研團隊通過持續探索研究並聯合中外合作夥伴發現，下一代鋰電池高比容量富鋰錳基正極材料在受熱時會“收縮”，可以幫助老化的電池恢復電壓，實現電池的“返老還童”，從而為開發更智能、更耐用的下一代鋰電池提供了全新思路。
研究團隊開展深入分析，揭示富鋰錳基正極材料的受熱收縮特性與電池工作機制之間的內在聯繫，並提出利用這一特性讓老化電池恢復性能的創新方法。這一研究成果不僅為高比能電池技術的進一步發展提供了科學依據，還有望改變未來電池的設計和使用方式。
這項鋰電池材料領域的突破性進展，由中國科學院寧波材料技術與工程研究所（寧波材料所）動力鋰電池工程實驗室研究團隊與美國芝加哥大學等中外科研同行共同完成，相關研究成果論文北京時間16日夜間在國際學術期刊《自然》上線發表。
論文通訊作者、中國科學院寧波材料所劉兆平研究員指出，要更大限度地提高電動汽車、電動航空器等的續航里程，就必須發展下一代高比能鋰電池技術。富鋰錳基正極材料是公認的下一代鋰電池正極材料方向，現已成為正極材料領域主要研究方向之一。
不過，富鋰錳基正極材料在實際使用中還存在一個嚴重的問題：經過多次充放電後，富鋰錳基電池的電壓會逐漸下降，出現所謂的“老化”現象。這使得富鋰錳基電池目前仍然難以獲得實際應用。如何讓這種富鋰錳基電池既保持高能量密度又能長期穩定工作，成為亟待解決的難題。
論文第一作者、中國科學院寧波材料所邱報副研究員介紹說，在本項研究中，研究團隊揭示出富鋰錳基正極材料的有趣性質：它在受熱時反而收縮，即“負熱膨脹”。
研究發現，對富鋰錳基正極材料進行適當昇溫可消除外部應力對材料結構的影響，使材料從無序狀態恢復到更穩定、能量更低的有序結構。在這個過程中，該正極材料的原子排列變得更加緊密，導致體積縮小，從而表現出“受熱收縮”的特性。特別是通過調節該正極材料的氧活性，可以靈活控制其熱膨脹系數，使其在正、零、負之間切換。
這一發現不僅為量化富鋰錳基正極材料的結構無序提供了新方法，還幫助研究團隊設計出一種“零熱膨脹”正極材料。這種新型正極材料在溫度變化時幾乎不會發生體積變化，有望解決因溫度波動導致的鋰電池壽命縮短等問題，為下一代高比能鋰電池技術發展提供新的可能性。
研究團隊還發展出一種新方法，可通過電化學手段讓老化的富鋰錳基電池“返老還童”。這種方法利用電化學和熱化學驅動力的相似性，將富鋰錳基正極材料從結構無序、不穩定的狀態“重置”回接近原始的結構有序狀態，就像讓電池“恢復青春”一樣。
基於此，研究團隊發現，讓富鋰錳基電池在不充滿電（如30%的電量）條件下持續循環數次後，可使電池的平均放電電壓恢復到接近100%，同時修復富鋰錳基正極材料的結構損傷。這一發現為延長富鋰錳基電池的壽命提供了新思路：通過智能調控充電策略，可定期修復富鋰錳基正極材料的結構問題，進而顯著延長電池的使用壽命。（完）
來源中新社
