突破“老化”魔咒：宁波材料所解锁富锂锰基电池新潜能

在追求下一代高比能锂电池技术的征途上，寻找兼具高比容量与高工作电压的正极材料，以提升锂电池能量密度，已成为学界竞相探索的热点。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（以下简称宁波材料所）动力锂电池工程实验室，在富锂锰基正极材料研究领域取得了里程碑式的突破，为锂电池技术的革新注入了新的活力。

“老化”魔咒：富锂锰基电池的瓶颈

富锂锰基正极材料，以其远超商业化应用的磷酸铁锂和三元材料的放电比容量，成为提升电池能量密度的理想选择，理论上可直接将电池能量密度提升30%以上。同时，其显著的成本优势更是让富锂锰基正极材料被视为下一代锂电池材料的璀璨明星。然而，这一材料在多次充放电后，电压逐渐下降，出现“老化”现象，严重阻碍了其商业化的步伐。

究其原因，富锂锰基材料中的氧离子位置在充放电过程中发生变化，导致后续的还原反应滞后，充电时注入的能量超过放电时释放的能量，部分能量以晶格扭曲和结构无序的形式“囚禁”在材料中。这使得电池虽显示“没电”，实则仍有能量未释放，处于亚稳态，如同被压缩或拉伸的弹簧，随时可能释放能量，却也因此缩短了电池的使用寿命和效率。

新特性引领新设计：负热膨胀的奥秘

面对这一挑战，宁波材料所的科研人员独辟蹊径，揭示了富锂锰基正极材料的一个独特性质——负热膨胀，即在受热时材料会收缩。这一发现为破解“老化”魔咒提供了新思路。通过适当升温，可以消除外部应力对材料结构的影响，使材料从无序状态恢复到更稳定、能量更低的有序结构。

更进一步，科研人员通过调节正极材料的氧活性，灵活控制其热膨胀系数，实现了热膨胀系数在正、零、负之间的自由切换。基于此，团队成功设计出一种“零热膨胀”正极材料。这种新型材料在温度变化时几乎不发生体积变化，有效解决了因温度波动导致的体积变化问题，为锂电池的寿命提升提供了有力保障。

新方法让电池“返老还童”

除了材料设计的创新，研究团队还发展了一种电化学手段，让老化的富锂锰基电池“返老还童”。通过让电池在不充满电（如30%电量）的条件下持续循环数次，可以恢复电池的平均放电电压至接近100%，同时修复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全新的思路和方法。

相关研究成果发表于国际顶级期刊《自然》，审稿人高度评价了该研究在推动电池领域基础科学进展方面的贡献，认为其原创性和普适性为功能材料的设计提供了新的指导原则，具有重要的跨学科意义。

随着先进实验技术和人工智能的深度融合，材料设计正朝着“按需定制”的方向迈进。未来，我们有理由相信，电动汽车的锂电池将实现“返老还童”，拥有超长寿命，为新能源汽车的普及和可持续发展奠定坚实基础。