“打一针”使锂电池寿命增十倍 复旦新成果登《自然》 复旦大学彭慧胜/高悦团队设计新型锂离子载体分子，达成电池“注射”修复，将电池寿命从500 - 2000圈提升至超过12000 - 60000圈，还突破电池材料必须含锂的限制规则，推动新能源领域发展。该成果已在《自然》主刊发表。 以上摘要由妙想AI大模型提炼生成 当锂电池寿命即将终结时，给它“注射”一种新分子，就能让它恢复初始充电容量，甚至让原本仅能保证6 - 8年/1000 - 1500次充放电的电池，维持1万次充放电，且电池健康程度与出厂时几乎相同。这是复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室、纤维材料与器件研究院、高分子科学智能中心彭慧胜/高悦团队取得的最新成果。 相关研究以《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》（“External Li supply reshapes Li - deficiency and lifetime limit of batteries”）为题，于2月13日发表在《自然》主刊。 从1千到1万 锂电池在生活中的重要性日益凸显，但锂电池存在诸多未解难题。例如，电动车电池寿命有限、低温使用会加速电池损坏、储能电站和极端环境储能场景对电池寿命的需求至少提高一个数量级等，更不用说，随着新能源相关行业发展，我们很快将面临大规模电池退役回收，这极有可能造成环境污染和资源浪费。 怎样延长锂电池寿命？彭慧胜、高悦团队一直在思索如何通过基础研究创新来提供解决办法。此次团队提出打破电池基础设计原则中锂离子依赖共生于正极材料的理论，借助AI和有机电化学的结合，成功设计出新的锂载体分子，将电池活性载流子和电极材料解耦。 “这种锂载体分子从未被公开报道过。”高悦对记者说。不过这种载体分子能像药物一样，以“打针”的方式注入废旧衰减的电池，精准补充电池中流失的锂离子，恢复容量。运用这一技术，电池在充放电上万次后仍接近出厂时的健康状态，循环寿命从当前的500 - 2000圈提升到超过12000 - 60000圈。 更为关键的是，电池材料必须含锂的束缚规则也被打破，使用绿色、不含重金属的材料构建电池成为可能。 基础科学与AI研究范式的结合 电池中的活性锂离子由正极材料提供，锂离子损耗到一定程度后电池就不得不报废，这是自1990年锂离子电池问世以来一直遵循的基本规律。此次团队通过构建新分子并用于电池“康复”，可说是“异想天开”与AI研究范式的结合。 高悦告诉记者，他们经过大量验证发现，电池衰减和人生病一样，是某个核心组件出现异常，而其他部分依旧完好。“那为何不能像治病那样，对电池进行精准、原位无损的锂离子补充呢？”团队提出大胆设想——设计锂离子载体分子，将其注入电池。 然而，目前人类已知的任何分子都不具备这种功能，也无法依靠理论和经验进行设计。 于是，团队利用AI结合化学信息学，把分子结构和性质数字化，引入有机化学、电化学、材料工程技术方面的大量关联性质，构建数据库，运用非监督机器学习，进行分子推荐和预测，成功得到从未被报道的锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）。 团队合成新分子后，验证其具备各种严苛的性能要求，且成本低、易合成。同时针对现实需求，团队相关验证实验均在真实电池器件上完成。验证发现，这个分子和解决方案与各类电池活性材料、电解液以及其他组分都有良好的兼容性，成功在软包、圆柱、方壳和纤维状锂离子电池器件上实现应用。 目前，团队正在开展锂离子载体分子的宏量制备，并与国际顶尖电池企业合作，努力将技术转化为产品和商品，助力国家在新能源领域的引领性发展。 复旦大学是这一成果的独立通讯单位，彭慧胜和高悦是该论文通讯作者，高分子科学系博士研究生陈舒为第一作者，合作单位包括南开大学、湖南工程学院和深圳大学，研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、复旦大学科学智能专项基金等项目支持。
