2025年04月17日消息:?? 近日,中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所宣布,該團隊發(fā)現(xiàn)通過加熱富鋰錳基正極材料可修復老化鋰電池結(jié)構(gòu),使電池容量恢復至接近初始水平。這項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300mAh/g(遠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,其實際應用受限于反復充放電導致的電壓衰減問題——材料內(nèi)部氧活性引發(fā)的結(jié)構(gòu)無序會持續(xù)累積,最終造成不可逆的容量衰退。
研究團隊通過原位加熱同步輻射X射線衍射技術(shù),首次觀測到富鋰錳基材料在150℃-250℃時呈現(xiàn)“負熱膨脹”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)的無序結(jié)構(gòu)重置為穩(wěn)定態(tài),從而恢復電池電壓。
??智能修復技術(shù)延長壽命??
基于此發(fā)現(xiàn),團隊開發(fā)出“電化學退火”修復策略: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98%,循環(huán)壽命突破1000次,整體壽命延長至8-10年(現(xiàn)有體系約4-5年)。實驗顯示,修復后的電池在1C倍率下循環(huán)600次后容量保持率達80.1%。
“這相當于給電池裝上了‘時光機’。”論文通訊作者劉兆平研究員比喻道,“通過精準調(diào)控充電策略,未來電動汽車的鋰電池有望像智能手機系統(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)已通過寧德時代、衛(wèi)藍新能源等企業(yè)驗證,預計2026年進入中試階段。若實現(xiàn)量產(chǎn),將推動電動航空器、長途重卡等場景的電池應用突破。審稿人評價稱,這項研究“不僅革新了電池壽命管理范式,更為功能材料設計提供了普適性方法論”。
目前團隊正探索將負熱膨脹特性與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合,開發(fā)零熱膨脹電極材料,以解決溫度波動導致的電池性能衰減問題
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