过渡金属和氧活性中心与材料的热膨胀性的关系示意图。中国科学院宁波材料技术与工程研究所供图

记者17日从中国科学院获悉，我国科研人员在下一代锂电池研究方面取得突破性进展。他们发现，富锂锰基正极材料在受热时会自动收缩，这种特性竟能帮助老化的电池恢复电压，让旧电池“返老还童”。这一发现不仅揭示了该材料的工作机制，更为研发更耐用、可自我修复的下一代锂电池提供了全新方向。相关研究成果在线发表于《自然》杂志。

要解决电动汽车、电动航空器的“续航焦虑”，就必须发展下一代高比能锂电池技术。科学家们盯上了富锂锰基正极材料，用它做成的电池，储电能力能比现有电池提升30%，就像把油箱容量直接扩大30%，加上锰元素比钴镍便宜，所以这种材料堪称既强又实惠的“六边形战士”。

虽然富锂锰基正极材料拥有超高的放电比容量，但它作为一种氧活性正极材料，在实际使用中还存在一个严重的问题：经过多次充放电后，富锂锰基电池的电压会逐渐下降，出现老化现象。“这使得富锂锰基电池目前仍然难以获得实际应用。因此，如何让这种富锂锰基电池既保持高能量密度又能长期稳定工作，成为了科学家们亟待解决的难题。”论文共同通讯作者、中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘兆平说。

在这项研究中，科研人员揭示了富锂锰基正极材料的有趣的性质：它在受热时反而收缩。适当加热，就能让该材料从无序状态恢复到更稳定、能量更低的有序结构，导致电池体积缩小，从而表现出“遇热收缩”的特性。“基于此，我们找到了一种新方法，通过电化学手段让老化的富锂锰基电池实现‘逆生长’。”刘兆平说。

对于这项成果，《自然》期刊审稿人给予了高度评价。他表示，研究团队首次发现，在温度或电化学驱动下，富锂锰基正极材料的结构可从无序态转变为有序态的现象，这一发现突破了传统电极材料结构转变的理论框架，为理解电极材料的结构-性能关系开辟了新的研究方向。