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yexuqing木虫之王 (文学泰斗)
太阳系系主任
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我国科学家用“打针”突破锂电池寿命魔咒，具备大规模商用潜力
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锂离子电池作为现代社会的能源命脉，支撑着从智能手机到电动汽车、从智能电网到深空探测的庞大需求。然而，自1990年商业化以来，锂电池始终受限于一个根本性矛盾：正极材料中预存的锂离子既是能量载体，也是寿命的“沙漏”——随着充放电次数的增加，锂离子因副反应持续损耗，即便电极材料完好无损，电池也会因“锂枯竭”而失效。这种先天缺陷导致电动车电池平均服役年限仅6-8年，电网储能系统面临巨额更换成本，每年全球产生的50万吨退役电池更成为环境隐患。 2月13日，复旦大学高分子科学系彭慧胜院士与高悦研究员团队在顶级学术期刊《自然》（Nature）发表颠覆性成果，提出“外部锂供应”技术：通过向电池注入新型有机锂盐，实现锂离子的精准补充，使商用锂电池循环寿命突破11818次（容量保持率96%），将锂电池寿命提升1-2个数量级。 团队提出了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，通过AI和有机电化学的结合，创新设计出锂载体分子，将电池活性载流子和电极材料解耦。 这背后的核心是一种名为三氟甲基亚磺酸锂的化合物，其可以成为锂电池的“续命药剂”。具体来说，复旦研究团队通过AI驱动的高通量筛选，从300万虚拟分子库中锁定理想分子——三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）。这种白色粉末状化合物具备三大特性： 首先是精准分解：在2.8-4.3V充电电压窗口内不可逆氧化，释放锂离子并分解为SO₂、CHF₃等气体，经电池排气系统排出，实现“零残留”； 其次是普适兼容：可溶于常规电解液，与石墨、硅碳负极及各类正极材料完美适配； 最后是工业友好：空气中稳定，合成成本低于传统电解液添加剂，占电池总成本比例不足10%。 有了关键材料之后，接下来操作的核心就是“注射”，也就是通过外部补液让老化的锂电池“返老还童”。这个过程可以归纳为四步曲。首先是配液，将CF3SO2Li溶解于电解液，浓度可达12.5%；第二步是注入，通过预留导管将混合液注入未激活的“干电池”；第三步是活化，充电时锂盐在阳极分解，释放锂离子嵌入负极；最后一步是净化，分解气体经封装工艺排出，电池即可投入循环使用。 整个过程无需拆解电池，现有产线仅需增加注液工序即可升级，产业化门槛极低。 使用这一技术，电池在充放电上万次后仍展现出接近出厂时的健康状态（96%容量），循环寿命从目前的500-2000圈提升到超过12000-60000圈，在国际上尚属首例。此外，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筑电池成为可能。 功能有机分子三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）为电池补充锂离子。 据复旦大学介绍，目前锂载体分子已通过初期实验验证，预计在电池总成本中占比不到10%，具备大规模商用潜力，可用于补锂、储能、光储一体化。团队正在开展锂载体分子的宏量制备，并与国际顶尖电池企业合作，力争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。 “如果未来能够通过‘打针’修复电池，让电池实现循环使用，就可以从源头解决电池大规模报废的问题，使产业生态走向智能化、环保化。”团队期待该项成果早日走向应用，为推动经济可持续发展和环境保护提供关键技术支撑。 |
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