复旦大学团队突破锂电池寿命瓶颈：外部供锂技术实现1万次充放电

相关研究的标题为“外部Li-Supply技术突破了锂缺陷困境和电池的生命限制”，并于2月13日发表在“自然”的主要问题上。

从1,000到10,000

锂电池在生活中变得越来越重要，但是关于锂电池有许多未解决的问题。例如，电动汽车电池的寿命有限，低温的使用会加速电池损坏，并且对储能电站和极端环境中电池寿命的需求至少增加一个数量级，等等。随着新的与能源相关的行业的发展，我们非常迅速，它将面临大规模的电池回收，这可能会导致环境污染和浪费资源。

如何延长锂电池的寿命？ Peng Huisheng和Gao Yue的团队一直在考虑如何通过基础研究创新提供解决方案。这次，团队提出了一种理论，即锂离子在电池基本设计原理中依赖于正电极材料中的共生。通过AI和有机电化学的结合，新的锂载体分子成功地设计了电池活动载体和电极材料。 。

“这种锂载体分子从未公开报道。” Gao Yue告诉记者。但是，该载体分子可以像药物一样注射到用过的电池中，并可以准确补充电池中丢失的锂离子并恢复容量。使用这项技术，电池在充电和排放数万次后离开工厂时仍然接近其健康状况，并且周期寿命从当前的500-2000圈增加到超过12,000-60,000圈。

更重要的是，电池材料必须包含锂的限制也已被打破，并且可以使用无重金属材料来建造电池。

基础科学和AI研究范式的结合

电池中的活性锂离子由正电极材料提供。锂离子丢失到一定水平后，必须取消电池。这是锂离子电池自1990年首次亮相以来一直在关注的基本规则。这次，团队构建了新分子并使用它们来“恢复”电池，可以说这是“异想天开”和AI的组合研究范式。

Gao Yue告诉记者，他们通过大量验证发现，电池衰减就像一个人生病，并且在核心组成部分中发生异常，而其他部位仍然完好无损。 “那么，为什么我们不能为诸如治疗之类的电池提供准确且原位的锂离子补货？”团队提出了一个大胆的想法 - 设计锂离子载体分子并将其注入电池。

但是，目前没有人知道的分子具有这样的功能，也不可能依靠理论和经验来设计。

为此，该团队使用AI结合化学信息学来数字化分子结构和特性，引入了有机化学，电化学和材料工程技术的大量相关特性，建立了数据库，并使用了无监督的机器学习来进行分子建议和预测成功地获得了三氟甲基硫酸锂（CF3SO2LI），这是一种从未报道的锂离子载体分子。

团队合成了新分子后，已证实他们的性能要求较低，成本较低且易于合成。同时，根据实际需求，在实际的电池设备上完成了团队的研究和相关验证实验。验证发现，该分子和溶液与各种电池有效材料，电解质和其他组件具有良好的兼容性，并且已成功应用于软包装，圆柱形，方形壳和纤维锂离子电池设备。

目前，该团队正在对锂离子载体分子进行宏观准备，并与顶级国际电池公司合作，努力将技术转变为产品和商品，帮助该国在新能源领域发展。

Fudan University是这项成就的独立传播部门，Peng Huisheng和Gao Yue是本文的相应作者，而Polymer Science系的博士生Chen Shu是第一作者。合作社包括南卡大学，匈奴工程学院和深圳大学，并获得了研究和技术。该部，中国国家自然科学基金会，上海科学技术委员会以及福丹大学科学与情报特别基金以及其他项目得到了支持。