科技日報記者 陸成寬
記者17日從中國科學院獲悉，我國科研人員在下一代鋰電池研究方面取得突破性進展。他們發現，富鋰錳基正極材料在受熱時會自動收縮，這種特性竟能幫助老化的電池恢復電壓，讓舊電池“返老還童”。這一發現不僅揭示了該材料的工作機制，更為研發更耐用、可自我修復的下一代鋰電池提供了全新方向。相關研究成果在線發表于《自然》雜志。
過渡金屬和氧活性中心與材料的熱膨脹性的關系示意圖。中國科學院寧波材料技術與工程研究所供圖
要解決電動汽車、電動航空器的“續航焦慮”，就必須發展下一代高比能鋰電池技術。科學家們盯上了富鋰錳基正極材料，用它做成的電池，儲電能力能比現有電池提升30%，就像把油箱容量直接擴大30%，加上錳元素比鈷鎳便宜，所以這種材料堪稱既強又實惠的“六邊形戰士”。
雖然富鋰錳基正極材料擁有超高的放電比容量，但它作為一種氧活性正極材料，在實際使用中還存在一個嚴重的問題：經過多次充放電后，富鋰錳基電池的電壓會逐漸下降，出現老化現象。“這使得富鋰錳基電池目前仍然難以獲得實際應用。因此，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，成為了科學家們亟待解決的難題。”論文共同通訊作者、中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉兆平說。
在這項研究中，科研人員揭示了富鋰錳基正極材料的有趣的性質：它在受熱時反而收縮。適當加熱，就能讓該材料從無序狀態恢復到更穩定、能量更低的有序結構，導致電池體積縮小，從而表現出“遇熱收縮”的特性。“基于此，我們找到了一種新方法，通過電化學手段讓老化的富鋰錳基電池實現‘逆生長’。”劉兆平說。
對于這項成果，《自然》期刊審稿人給予了高度評價。他表示，研究團隊首次發現，在溫度或電化學驅動下，富鋰錳基正極材料的結構可從無序態轉變為有序態的現象，這一發現突破了傳統電極材料結構轉變的理論框架，為理解電極材料的結構-性能關系開辟了新的研究方向。
