近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室研究团队在下一代锂电池高比容量富锂锰基正极材料研究方面取得了一项突破性进展。他们发现这种正极材料在受热时会“收缩”，这种收缩行为可以帮助老化的电池恢复电压，实现电池的“返老还童”。这一发现为开发更智能、更耐用的下一代锂电池提供了全新思路。相关研究成果于北京时间4月16日23:00在线发表于国际学术期刊《自然》。

过渡金属和氧活性中心与材料的热膨胀性的关系示意图。中国科学院宁波材料技术与工程研究所供图

富锂锰基材料电池续航可提高30%-50%

锂电池材料主要包含正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。锂电池正极材料中最常用的包括磷酸铁锂和三元材料。锂电池负极材料以天然石墨和人造石墨为主。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘兆平说，目前，电动汽车行驶四五百公里后，电池就没有电了，这主要是因为电池材料比容量低。电动汽车、低空经济电动航空器等迫切需要长续航动力电池，因此发展高比容量、高工作电压正极材料以提升锂电池能量密度成为研究热点。

富锂锰基正极材料已经发现20余年了，其放电比容量高达300毫安时/克，远超目前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料，可直接将电池能量密度提升30%以上，意味着续航可以提高30%-50%；同时，富锂锰基正极材料具有成本优势，其原材料每吨比三元材料略低，每瓦时电池成本可以媲美磷酸铁锂材料电池。因此，富锂锰基正极材料是公认的下一代锂电池正极材料方向。

采用新方法，电池充放电次数或可翻番

不过，富锂锰基正极材料也有弱点，在反复充放电过程中，富锂锰基正极材料内部晶体结构逐渐由有序转变成无序结构，导致电池的电压降低，出现所谓的“老化”现象。这使得富锂锰基电池目前仍然难以获得实际商业化应用。

在此次研究中，科研人员发现，富锂锰基正极材料有个有趣的性质：它在受热时反而收缩，即“负热膨胀”。对富锂锰基正极材料进行适当升温可以消除外部应力对材料结构的影响，使材料从无序状态转变到更稳定、能量更低的有序结构。在这个过程中，该正极材料的原子排列变得更加紧密，导致体积缩小，从而表现出“热缩”的特性。

基于此，研究团队提出了一种简单的修复策略，让老化的富锂锰基电池“恢复青春”——对富锂锰基电池进行低电压充电（充电20%-30%）数次，可以使电池的平均放电电压恢复到接近100%，同时修复富锂锰基正极材料的结构损伤。这一发现为延长富锂锰基电池的寿命提供了新思路。

刘兆平说，目前富锂锰基电池大约可以充放电500次，如果通过智能调控充电策略，利用电池管理系统在富锂锰基电池工作一段时间后，通过自主启动20%-30%的“浅充电”数次后，可实现结构修复延长电池寿命，预计电池充放电可以达到1000次。

据他介绍，业内预测，富锂锰基材料锂电池预计两年后，即2027年能进行初步应用，2030年进行规模化应用。

新京报记者 张璐

编辑 张牵 校对 李立军