“打一針”補充鋰離子，復旦團隊研發新技術讓鋰電池延長壽命

視頻由復旦大學科研團隊提供

鋰電池已經改變人們的生活方式，但仍不能完全滿足當前和未來的需求。比如，電動車電池只能保證6-8年/1000-1500次充放電的高性能壽命；低温使用會加速電池變壞；儲能電站和極端環境儲能場景需要電池壽命提升一個數量級；即將到來的大規模電池退役回收，可能造成環境的污染和資源的浪費。

直面這些緊迫需求與技術短板，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程全國重點實驗室、纖維材料與器件研究院、高分子科學智能中心彭慧勝/高悦團隊，積極通過基礎研究創新來提供解決方案。2月13日，相關研究成果以《外部供鋰技術突破電池的缺鋰困境和壽命界限》為題在《自然》（Nature）主刊上發表。

團隊提出了打破電池基礎設計原則中鋰離子依賴共生於正極材料的理論，通過AI和有機電化學的結合，創新設計出鋰載體分子，將電池活性載流子和電極材料解耦。這種載體分子可以通過“打一針”的方式注入廢舊衰減的電池中，精準補充電池中損失的鋰離子，實現容量的回覆。使用這一技術，電池在充放電上萬次後仍展現出接近出廠時的健康狀態，循環壽命從目前的500-2000圈提升到超過12000-60000圈。此外，電池材料必須含鋰的束縛規則也被打破，使用綠色、不含重金屬的材料構築電池成為可能。

電池中的活性鋰離子由正極材料提供，鋰離子損失消耗到一定程度後電池報廢，是鋰離子電池自1990年問世以來一直遵循的基本原則。彭慧勝/高悦團隊深入分析電池基本原理，並進行了大量實驗驗證，發現電池衰減和人生病一樣，是某個核心組件發生了異常，其他部分仍舊保持完好。“那為什麼不像治病一樣，開發變革性功能材料，對電池也進行精準、原位無損的鋰離子補充，從而大幅延長它的壽命和服役時間，而不是判定‘死亡’、報廢回收？”團隊大膽設想：設計鋰載體分子，將其注射進電池，對電池中的鋰離子進行單獨管控。

實現這一設想，需要分子具備嚴格且複雜的物理化學性質，無法依靠傳統的理論和經驗進行設計。團隊利用AI結合化學信息學將分子結構和性質數字化，通過引入有機化學、電化學、材料工程技術方面的大量關聯性質構建數據庫，利用非監督機器學習進行分子推薦和預測，成功獲得了從未被報道的鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰（CF3SO2Li）。團隊驗證發現，該合成分子具備各種嚴苛的性能要求，成本低易合成，具有良好兼容性，併成功在軟包、圓柱、方殼和纖維狀鋰離子電池器件上實現應用。

探索具有變革性的基礎研究來解決實際問題，開展“分子-機制-材料-器件”的全鏈條工作，是該團隊始終堅定的目標。目前，團隊正在開展鋰離子載體分子的宏量製備，與國際頂尖電池企業合作，力爭將技術轉化為產品和商品，助力國家在新能源領域的引領性發展。