突破锂限制！彭慧胜团队《Nature》揭示电池寿命革命性策略——锂电池寿命延长10倍，无锂阴极实现超高能量密度

研究背景：锂电池的“寿命诅咒”与材料困局

锂离子电池作为现代能源存储的核心，其性能受制于电极材料的锂含量：传统设计依赖含锂正极（如三元材料、磷酸铁锂）提供活性锂，而负极（如石墨）本身不含锂。然而，电池在循环中会因副反应永久性消耗锂，导致容量衰减，即使电极结构完好，电池仍会“死亡”。此外，高能量密度的无锂正极材料（如过渡金属氧化物、硫化物）因无法提供锂而被长期忽视。现有预锂化技术存在残留物破坏电极、工艺复杂等瓶颈，亟需颠覆性策略突破锂供应限制。

研究内容：细胞级外部补锂，机器学习筛选关键材料

彭慧胜团队提出“细胞级外部锂供应”策略，无需拆解电池即可补充活性锂：

1. 突破性设计

   ：将有机锂盐LiSO₂CF₃溶解于电解液，充电时发生不可逆氧化分解，释放锂离子并生成SO₂、CF₃气体排出电池，实现“无残留补锂”。

   
   

2. AI赋能材料筛选

   ：通过机器学习构建240种候选分子库，结合电化学理论筛选出分解电位（3.8 V）、溶解度（4 wt%）、比容量（191.5 mAh/g）最优的LiSO₂CF₃，突破传统试错法局限。
   

   
   

3. 非侵入式工艺

   ：在电池封装后注入含锂盐电解液，经充电-排气-密封标准流程，保持电极完整性，兼容现有产线。
   

研究结论：性能飞跃，重塑电池设计范式

• 无锂正极实现超高能量密度

  ：铬氧化物（Cr₈O₂₁）正极的“无负极”电池能量密度达1192 Wh/kg（3.0 V电压），硫化聚丙烯腈正极软包电池能量密度388 Wh/kg，循环440次容量保持80.1%。

• 商用电池寿命提升10倍

  ：磷酸铁锂电池经外部多次补锂后，循环11,818次容量仍保持96%，远超传统寿命（约2000次），且阻抗无显著增加。

• 成本与可持续性优势

  ：补锂成本仅0.9美元/kWh，远低于重建电池（132美元/kWh），且避免使用稀缺金属，推动绿色储能。
  
  

研究亮点：四维创新引领产业变革

1. 原理突破

   ：将锂作为独立组分管理，释放无锂电极材料潜力，改写电池设计规则。

2. 工艺革新

   ：细胞级补锂兼容现有产线，无需电极改性，突破规模化应用瓶颈。

3. 智能驱动

   ：机器学习+电化学理论加速材料发现，为电池研发提供新范式。

4. 场景拓展

   ：适用于电网储能（原位修复电池站）、纤维电池、固态电池等前沿领域，推动锂电、钠电等多体系升级。

编者按：这项研究不仅解决了锂损耗这一百年难题，更打开了无锂电极材料的宝藏。未来，电动汽车续航焦虑或成历史，电网储能成本将大幅降低。彭慧胜团队再次证明，基础科学的突破，正是产业变革的底层引擎。

选自微信公众号 新能源在线