打一针，锂电池“满血复活”

锂载体新分子制备试验。

卢力媛摄

手机、电脑、电动车……如今，众多“以电为生”的设备成为人们生活、办公、出行的必需品。锂电池则是这些设备的主要供能方式之一。然而，随着充放电次数的增加，锂电池也会随之衰老甚至损坏，给人们带来电量不足的焦虑。此外，报废电池还可能造成环境污染和资源浪费。人类生病需要打针吃药才能康复，那可否给“衰老生病”的电池也打上一针，让其“满血复活”?这个听起来有点科幻的想法近日被我国科学家成功实现。

复旦大学彭慧胜团队、高悦团队，通过将AI与有机电化学结合，成功设计了锂载体分子。该载体分子就像药物一样，可以通过“打针”的方式注入到废旧衰减的电池中，精准补充电池中损失的锂离子，恢复电池容量。利用该技术，电池在充放电上万次后仍展现出接近出厂时的健康状态，循环寿命从目前的500—2000圈提升到超过12000—60000圈。2月13日，相关研究成果发表于《自然》杂志。

像治病一样诊治退役电池

锂电池依靠锂离子在正极和负极之间的移动工作。电池中的活性锂离子由正极材料提供，锂离子损失消耗到一定程度后电池会报废。这是锂电池自1990年问世以来一直遵循的基本原则。

随着锂电池应用越来越多，大规模电池退役回收成为迫在眉睫的问题。此外，储能电站和极端环境等储能场景也需要将电池寿命提升一个数量级。延长锂电池寿命成为亟待解决的关键难题。

为了找到给锂电池“延年益寿”的方法，彭慧胜团队、高悦团队深入分析了电池基本原理，并进行了大量验证实验。他们发现，电池衰减和人生病一样，是因为某个核心组件发生了异常，但其他部分仍旧保持完好。

“那为什么不能像治病一样，开发变革性功能材料，对电池进行精准、原位无损的锂离子补充，从而大幅延长它的寿命和服役时间?”做过抗肿瘤疫苗研究的高悦突发奇想。

作为复旦大学高分子科学系研究员和博士生导师，高悦有着丰富的“跨界”研究经历：“我本科研究天然产物全合成，博士期间研究新能源电池，博士后又研究过一些供极端场景使用的电池设计和3D打印高分子材料。”广泛的学科涉猎，对于打破既定思维框架，以及推动研究工作产生了巨大的助力。

此前，高悦团队就突破固定思维，成功把传统电池4至12个小时的充电时间压缩至1分钟，解决了机器人充电时间长的问题。面对锂电池“延寿”的问题，在没有任何研究先例支撑的情况下，团队又一次大胆设想——设计锂载体分子并将其注射进电池，对电池中的锂离子进行单独管控，创新性地为退役电池的处理提供了一种新方式。

AI赋能锂载体分子制备

“打针”的方法看似简单，但要依此制备锂载体分子，并非易事。“这个运送锂离子的载体需要具备严苛的物理化学性质。团队设计时需要考虑分子的电化学活性、分解电压的范围、溶解度、空气稳定性、化学稳定性等多个方面。”高悦介绍。但用传统研究范式设计要满足这么多严苛要求的分子，无异于大海捞针。

传统方法走不通，团队选择独辟蹊径。团队成员拥有有机化学、电化学、材料、人工智能等学科背景，多元化“跨界”让这支团队在研究过程中不断迸发火花。

团队利用AI结合化学信息学，将分子结构和性质数字化，通过引入有机化学、电化学、材料工程技术方面的大量关联性数据，构建数据库。随后，他们利用非监督机器学习，进行分子推荐和预测，成功获得了从未被报道的锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂。

经验证，三氟甲基亚磺酸锂符合各种严苛的性能要求，且成本低、易合成。其与各类电池活性材料、电解液以及其他组分有良好的兼容性，可成功在软包、圆柱、方壳和纤维状锂离子电池器件上实现应用。

“三氟甲基亚磺酸锂不仅能给电池‘补锂’，补完后还会变成气体排出来，可以继续回收用来制备三氟甲基亚磺酸锂，形成能量闭环。这不仅环保还可以大大降低电池的价格。”高悦介绍，团队正在开展锂离子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。