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中國科學院寧波材料技術與工程研究所（寧波材料所）科研人員與美國芝加哥大學等科研同行合作，首次發(fā)現(xiàn)富鋰錳基正極材料的“熱縮”特性，并巧妙利用這一特性幫助富鋰錳基正極材料實現(xiàn)“返老還童”，讓老化的電池恢復電壓。相關研究成果論文以“電池材料的氧活性與負熱膨脹性”為題，于北京時間4月16日夜間發(fā)表于國際學術期刊《自然》（Nature）。

　　與目前已經(jīng)商業(yè)化應用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料相比，富鋰錳基正極材料更加“電力十足”，放電比容量達300毫安時每克，可以將電池能量密度提升30%以上。但在反覆充放電過程中，富鋰錳基材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)逐漸變得無序，導致電池電壓逐漸下降，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。故該材料目前還難以替代現(xiàn)有的商業(yè)化電池材料。

　　上述團隊成員實驗過程中，全球首次發(fā)現(xiàn)了富鋰錳基材料的特殊性質(zhì)——受熱收縮。這意味著，通過適當加熱，材料在收縮過程中可以讓原子排列得更緊密，實現(xiàn)晶體重新整齊列隊，電池電壓也能快速恢復。通過調(diào)節(jié)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、負之間切換。

　　基于新發(fā)現(xiàn)，團隊設計出了一種“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致體積變化，進而影響鋰電池壽命的問題，為下一代高比能鋰電池技術的發(fā)展提供了新的可能性。

　　此外，研究團隊還發(fā)展了一種新方法，可以通過電化學手段讓老化的富鋰錳基電池“返老還童”。即讓富鋰錳基電池在不充滿電條件下持續(xù)循環(huán)數(shù)次，可以使電池的平均放電電壓恢復到接近100%，同時修復富鋰錳基正極材料的結(jié)構(gòu)損傷。

　　《自然》審稿人表示，該研究不僅推動了電池領域的基礎科學進展，其原創(chuàng)性和普適性也為功能材料的設計提供了新的指導原則，具有重要的跨學科意義。