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　　解決退役動力鋰電池的回收問題，成為各領域科學家關注的焦點。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/高悅研究團隊瞄準這一關鍵難題，進行基礎研究創新，原創性地提出“鋰載體分子”概念和解決方案，只需要給廢舊鋰電池“打一針”就能讓其恢復原本的充電容量，還能大幅提高其循環壽命。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”為題發表在《自然》上。

　　打破桎梏　創新設計“鋰載體分子”

　　鋰電池已經在出行、家居等多個領域改變了人們的生活方式，但仍然存在應用瓶頸，難以完全滿足當前和未來世界的需求。比如，新能源車動力電池只能保證6至8年、1000至1500次充放電的性能壽命，在低溫條件下使用會加速電池性能衰減，儲能電站和極端環境儲能場景需要提升電池壽命等。

　　為解決這些問題，鋰電池基礎研究領域的創新突圍顯得尤為重要。“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后電池報廢，是鋰離子電池自1990年問世以來一直遵循的基本原則。”彭慧勝介紹說，想要破除應用瓶頸，唯有打破桎梏。

　　研究團隊深入分析了電池基本原理，并進行了大量實驗驗證，發現電池衰減和人類生病一樣，通常是某個核心組件發生了異常，其他部分仍舊保持完好，鋰電池性能衰減就是正極材料中鋰離子的含量顯著下降。

　　“那為什么不對癥下藥，通過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，從而大幅延長其壽命和服役時間，而不是判定‘死亡’、報廢回收?”研究團隊認真思索，在沒有任何研究先例支撐的情況下，通過人工智能(AI)和有機電化學的結合，將電池活性載流子和電極材料解耦，創造性地設計出“鋰載體分子”這一全新概念。這一概念也徹底打破電池基礎設計原則中鋰離子依賴共生于正極材料的理論。

　　外部供鋰　創新退役電池處理方式

　　實現“鋰載體分子”的設想，需要分子具備嚴格且復雜的物理化學性質，包括分子的電化學活性、分解電壓的范圍、分解產物的成分、分子可合成性和成本等。這樣的分子機制是沒有先例的，無法通過傳統研究范式，依靠理論和經驗進行設計。

　　為此，復旦大學高分子科學系成立科學智能中心，搭建了AI助力研究工作智慧平臺。研究團隊利用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，成功獲得了鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰(CF3SO2Li)。

　　合成這種分子后，研究團隊驗證了其具備各種嚴苛的性能要求，且成本低易合成，和各類電池活性材料、電解液以及其他組分有良好的兼容性，并將其成功應用于軟包、圓柱、方殼和纖維狀鋰離子電池器件上。

　　隨后，研究團隊將其應用到廢舊電池的“重生”實驗中。高悅介紹說，這種“鋰載體分子”就像藥物一樣，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，實現電池容量的恢復，對電池進行“精準治療”，為退役電池處理提供了一種新方式。

　　實驗數據顯示，采用上述技術“治療”后的廢舊鋰電池，可在充放電上萬次后仍展現出接近出廠時的健康狀態，循環壽命也從目前的500至2000圈提升至12000至60000圈。

　　走向應用　創新全鏈條研究范式

　　在“治療”成功廢舊鋰電池后，他們研究的腳步并未停止。研究團隊進一步打破了電池材料必須含鋰的束縛規則，未來使用綠色、不含重金屬的材料構筑電池也會成為可能。

　　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，是研究團隊始終堅定的目標。下一步，他們將繼續聚焦該技術的商業轉化問題，如提升分子反應動力學，以避免影響電池的化成速度;探索化學制備反應路徑，能夠低成本、精準合成高純度分子。

　　目前，團隊正在開展鋰離子載體分子的宏量制備，并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。