近日，中国科学院宁波材料所动力锂电池工程实验室，在下一代锂电池高比容量富锂锰基正极材料的研究中取得了突破性进展，发现这种正极材料在受热时会“收缩”，而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”。
据媒体报道，近日，中国科学院宁波材料所动力锂电池工程实验室，在下一代锂电池高比容量富锂锰基正极材料的研究中取得了突破性进展，发现这种正极材料在受热时会“收缩”，而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”。
目前，锂电池是电动汽车最常用的电池类型，锂电池材料主要包含正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。锂电池正极材料最常用磷酸铁锂和三元锂，而负极材料常用天然石墨和人造石墨。中国科学院宁波材料所动力锂电池工程实验室研究研究称，现在的电动汽车因为电池材料比容量低，行驶四、五百公里电池就没有电了，迫切需要长续航能力的电池，因此发展高比容量、高工作电压正极材料，提升锂电池能量密度是主要研究方向。
据悉，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锂材料，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。
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。研究人员发现，富锂锰基正极材料在受热时反而收缩，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，研究团队通过对老化的富锂锰基电池，进行20%-30%的低电压充电数次，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。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%的低电压充电数次后，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。
预计2027年，富锂锰基材料锂电池能进行初步应用，2030年进行规模化应用。
