人民網(wǎng)北京4月18日電（記者趙竹青）在電動汽車?yán)m(xù)航焦慮日益凸顯的今天，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)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(tuán)隊在國際上首次揭示了富鋰錳基正極材料的“負(fù)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(xué)術(shù)期刊《自然》。
作為當(dāng)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?yán)m(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(jié)構(gòu)無序化問題，導(dǎo)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(jìn)程。
面對這一困局，寧波材料所團(tuán)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(fù)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(fù)之間切換。
基于這一特性，研究團(tuán)隊設(shè)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(dǎo)致的鋰電池壽命縮短等問題，為下一代高比能鋰電池技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能性。
研究團(tuán)隊還發(fā)展了一種新方法，可以通過電化學(xué)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(fù)到接近100%，同時修復(fù)富鋰錳基正極材料的結(jié)構(gòu)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(fù)富鋰錳基正極材料的結(jié)構(gòu)問題，進(jìn)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(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)展，其原創(chuàng)性和普適性也為功能材料的設(shè)計提供了新的指導(dǎo)原則，具有重要的跨學(xué)科意義?！?/p>