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​​中科院团队突破锂电池寿命瓶颈,加热富锂锰基材料实现“返老还童”​

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近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所宣布,该团队发现通过加热富锂锰基正极材料可修复老化锂电池结构,使电池容量恢复至接近初始水平。这项突破性研究为解决高能量密度电池寿命短的行业难题提供了全新方案,相关成果于北京时间4月16日在线发表于《自然》期刊。

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2025年04月17日消息:​​ 近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所宣布,该团队发现通过加热富锂锰基正极材料可修复老化锂电池结构,使电池容量恢复至接近初始水平。这项突破性研究为解决高能量密度电池寿命短的行业难题提供了全新方案,相关成果于北京时间4月16日在线发表于《自然》期刊。

​​破解高能电池“衰老密码”​​

富锂锰基正极材料因放电比容量高达300mAh/g(远超磷酸铁锂和三元材料),被视为下一代高比能锂电池的核心材料,可使电池能量密度提升30%以上。然而,其实际应用受限于反复充放电导致的电压衰减问题——材料内部氧活性引发的结构无序会持续累积,最终造成不可逆的容量衰退。

研究团队通过原位加热同步辐射X射线衍射技术,首次观测到富锂锰基材料在150℃-250℃时呈现“负热膨胀”特性:晶胞体积反常收缩,原子排列趋于有序。这种“遇热收缩”现象源于热激发的氧活性调控,可将亚稳态的无序结构重置为稳定态,从而恢复电池电压。

​​智能修复技术延长寿命​​

基于此发现,团队开发出“电化学退火”修复策略:在30%电量条件下循环充电,即可使老化电池的平均放电电压恢复98%,循环寿命突破1000次,整体寿命延长至8-10年(现有体系约4-5年)。实验显示,修复后的电池在1C倍率下循环600次后容量保持率达80.1%。

“这相当于给电池装上了‘时光机’。”论文通讯作者刘兆平研究员比喻道,“通过精准调控充电策略,未来电动汽车的锂电池有望像智能手机系统一样定期更新,保持最佳性能。”

​​产业化前景与挑战​​

该技术已通过宁德时代、卫蓝新能源等企业验证,预计2026年进入中试阶段。若实现量产,将推动电动航空器、长途重卡等场景的电池应用突破。审稿人评价称,这项研究“不仅革新了电池寿命管理范式,更为功能材料设计提供了普适性方法论”。

目前团队正探索将负热膨胀特性与固态电解质结合,开发零热膨胀电极材料,以解决温度波动导致的电池性能衰减问题

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