人民網(wǎng)北京4月18日電（記者趙竹青）在電動汽車續(xù)航焦慮日益凸顯的今天，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傳來振奮人心的消息：科研團隊在國際上首次揭示了富鋰錳基正極材料的“負熱膨脹”特性，開創(chuàng)性地提出讓老化電池“返老還童”的創(chuàng)新方法。成果于北京時間4月16日發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然》。
作為當前最具潛力的鋰電池正極材料，富鋰錳基正極材料憑借300毫安時每克的超高放電比容量，可將現(xiàn)有鋰電池能量密度提升30%以上，同時兼具顯著成本優(yōu)勢，被視為突破電動汽車續(xù)航瓶頸的“明日之星”。然而，這種材料在充放電過程中產(chǎn)生的結構無序化問題，導致電池電壓持續(xù)衰減的“老化”頑疾，長期制約其產(chǎn)業(yè)化進程。
面對這一困局，寧波材料所團隊在實驗中意外發(fā)現(xiàn)：富鋰錳基正極材料在受熱時竟會“收縮”，呈現(xiàn)出與常規(guī)物質(zhì)“熱脹冷縮”完全相反的“負熱膨脹”特性。令人驚奇的是，通過調(diào)節(jié)該正極材料的氧活性，可以靈活控制其熱膨脹系數(shù)，使其在正、零、負之間切換。
基于這一特性，研究團隊設計出了一種“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(fā)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的發(fā)展提供了新的可能性。
研究團隊還發(fā)展了一種新方法，可以通過電化學手段讓老化的富鋰錳基電池“返老還童”：通過讓電池在不充滿電（如30%的電量）條件下持續(xù)循環(huán)數(shù)次后，可以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(fā)現(xiàn)為延長富鋰錳基電池的壽命提供了新思路：通過智能調(diào)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。
《自然》期刊審稿人評價稱：“這些研究成果不僅推動了電池領域的基礎科學進展，其原創(chuàng)性和普適性也為功能材料的設計提供了新的指導原則，具有重要的跨學科意義?！?/p>