面向下一代高比能鋰電池的技術瓶頸，中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室取得重要進展。研究人員首次發現富鋰錳基正極材料的“熱縮”特性，并巧妙利用這一特性幫助富鋰錳基正極材料實現“返老還童”，讓老化的電池恢復電壓，為開發更智能、更耐用的下一代鋰電池提供全新思路。4月16日，相關研究成果在《自然》發表。
與目前已經商業化應用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料相比，富鋰錳基正極材料更加“電力十足”，放電比容量達300毫安時每克，可以將電池能量密度提升30%以上，同時兼具顯著的成本優勢。“新能源汽車乃至低空經濟的發展需要長續航的動力電池，而要讓電動汽車續航提升至七八百公里甚至更長，富鋰錳基正極材料的作用非常關鍵。”中國科學院寧波材料所研究員劉兆平說。
當然，富鋰錳基正極材料也有缺點，它的使用壽命和電壓穩定性仍存在短板，目前還難以替代現有的商業化電池材料。劉兆平介紹，反復充放電過程中，富鋰錳基材料內部的晶體結構逐漸變得無序，導致電池電壓逐漸下降，出現老化現象。“這更像是我們常說的‘虛電’，雖然電池顯示缺電，仍然有部分能量以晶格扭曲和結構無序的形式儲存在其中，只是無法釋放出來。”
一個偶然的機會，團隊成員在實驗過程中，在世界上首次發現了富鋰錳基材料的特殊性質——受熱收縮。這意味著，通過適當加熱，材料在收縮過程中可以讓原子排列得更緊密，實現晶體重新整齊列隊，電池電壓也能快速恢復。“我們通過大科學裝置，反復‘照亮’材料的內部結構，終于解析出它背后的原理。”中國科學院寧波材料所副研究員邱報感慨，通過控制材料結構從混亂到有序的轉化規律，團隊就能在微觀尺度上設計出更高效、更耐用的材料。
基于這項技術，團隊研發出一套簡單的電池修復策略，可幫助富鋰錳基電池恢復“出廠設置”。劉兆平表示，目前，借助這一策略，富鋰錳基電池可以實現近千次的充放循環。“這是目前科學界最有效解決富鋰錳基電池弱點的方案，當然，這與目前新能源汽車的循環還有一定差距，我們還要繼續努力。”他說，目前科研團隊正在與相關企業對接，希望盡快將材料推向市場，預計在3年內，富鋰錳基電池能實現初步應用，2030年有望實現規模化商業應用。本次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。
面向下一代高比能鋰電池的技術瓶頸，中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室取得重要進展。研究人員首次發現富鋰錳基正極材料的“熱縮”特性，并巧妙利用這一特性幫助富鋰錳基正極材料實現“返老還童”，讓老化的電池恢復電壓，為開發更智能、更耐用的下一代鋰電池提供全新思路。4月16日，相關研究成果在《自然》發表。
與目前已經商業化應用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料相比，富鋰錳基正極材料更加“電力十足”，放電比容量達300毫安時每克，可以將電池能量密度提升30%以上，同時兼具顯著的成本優勢。“新能源汽車乃至低空經濟的發展需要長續航的動力電池，而要讓電動汽車續航提升至七八百公里甚至更長，富鋰錳基正極材料的作用非常關鍵。”中國科學院寧波材料所研究員劉兆平說。
當然，富鋰錳基正極材料也有缺點，它的使用壽命和電壓穩定性仍存在短板，目前還難以替代現有的商業化電池材料。劉兆平介紹，反復充放電過程中，富鋰錳基材料內部的晶體結構逐漸變得無序，導致電池電壓逐漸下降，出現老化現象。“這更像是我們常說的‘虛電’，雖然電池顯示缺電，仍然有部分能量以晶格扭曲和結構無序的形式儲存在其中，只是無法釋放出來。”
一個偶然的機會，團隊成員在實驗過程中，在世界上首次發現了富鋰錳基材料的特殊性質——受熱收縮。這意味著，通過適當加熱，材料在收縮過程中可以讓原子排列得更緊密，實現晶體重新整齊列隊，電池電壓也能快速恢復。“我們通過大科學裝置，反復‘照亮’材料的內部結構，終于解析出它背后的原理。”中國科學院寧波材料所副研究員邱報感慨，通過控制材料結構從混亂到有序的轉化規律，團隊就能在微觀尺度上設計出更高效、更耐用的材料。
基于這項技術，團隊研發出一套簡單的電池修復策略，可幫助富鋰錳基電池恢復“出廠設置”。劉兆平表示，目前，借助這一策略，富鋰錳基電池可以實現近千次的充放循環。“這是目前科學界最有效解決富鋰錳基電池弱點的方案，當然，這與目前新能源汽車的循環還有一定差距，我們還要繼續努力。”他說，目前科研團隊正在與相關企業對接，希望盡快將材料推向市場，預計在3年內，富鋰錳基電池能實現初步應用，2030年有望實現規模化商業應用。本次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。
本文鏈接：中國科學院鋰電池研究有新突破http://www.sq15.cn/show-2-11887-0.html
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