中國儲能網(wǎng)訊：近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究團隊，在下一代鋰電池富鋰錳基正極材料研究方面取得了一項突破性進展。
該研究團隊發(fā)現(xiàn)，富鋰錳基正極材料具有獨特的“遇熱收縮”特性，即“負熱膨脹”，這與自然界中大多數(shù)物質(zhì)“熱脹冷縮”的性質(zhì)截然不同。這種收縮行為可以幫助老化的電池恢復電壓，實現(xiàn)電池的“返老還童”。研究團隊還提出了利用這一特性讓老化電池恢復性能的創(chuàng)新方法，這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更智能、更耐用的下一代鋰電池提供了全新思路。
據(jù)悉，鋰電池材料主要包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等，其中，正極材料最常用的是磷酸鐵鋰和三元材料?！澳壳?，很多電動汽車行駛四五百公里后，電池就沒電了，主要原因是電池材料的比容量低?！敝袊茖W院寧波材料所研究員劉兆平表示，未來，要想電動汽車續(xù)航提升至七八百公里甚至更長，發(fā)展高比容量、高電壓的正極材料來提升鋰電池能量密度十分關鍵。
在眾多材料中，富鋰錳基正極材料憑借優(yōu)勢脫穎而出。一方面，這種新材料放電比容量高達300毫安時/克，遠超目前商業(yè)化應用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料，可直接將電池能量密度提升30%以上；另一方面，它還具有顯著的成本優(yōu)勢。因此，富鋰錳基正極材料成為公認的下一代鋰電池正極材料的熱門選擇。
然而，理想與現(xiàn)實之間存在一定差距。中國科學院寧波材料所副研究員邱報表示，作為一種氧活性正極材料，富鋰錳基正極材料在實際使用中面臨一個嚴重問題：經(jīng)過多次充放電后，富鋰錳基電池的電壓會逐漸下降，出現(xiàn)所謂的“老化”現(xiàn)象，這嚴重阻礙了其商業(yè)化應用。
問題的癥結(jié)在哪里？研究團隊深入探究發(fā)現(xiàn)，反復充放電過程中，富鋰錳基材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會遭到破壞，逐漸變得無序，就像原本整整齊齊的隊伍瞬間混亂，這種結(jié)構(gòu)的變化導致富鋰錳基電池使用壽命和效率大幅降低。不過，適當升溫可以消除外部應力對材料結(jié)構(gòu)的影響，使材料從無序狀態(tài)恢復到更穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。
基于此，研究團隊開發(fā)出通過電化學手段讓老化富鋰錳基電池“返老還童”的新方法?！霸摲椒ɡ秒娀瘜W和熱化學驅(qū)動力的相似性，將富鋰錳基正極材料從結(jié)構(gòu)無序、不穩(wěn)定的狀態(tài)重置回接近原始的結(jié)構(gòu)有序狀態(tài)?！眲⒄灼秸f。
不僅如此，研究團隊還提出了簡單有效的修復策略：對富鋰錳基電池進行低電壓充電（充電20%至30%）數(shù)次，可使電池的平均放電電壓恢復到接近100%，同時修復正極材料的結(jié)構(gòu)損傷，顯著延長電池使用壽命。劉兆平透露，目前科研團隊正在與相關企業(yè)緊密對接，全力推動科研成果走向市場。
隨著先進實驗技術和人工智能的結(jié)合，材料設計正朝著按需定制的方向發(fā)展?！拔磥?，電動汽車、電動航空器不僅具備更長的續(xù)航能力，鋰電池還可以實現(xiàn)超長壽命，為新能源領域發(fā)展帶來新變革?！眲⒄灼秸f。（沈慧）
