从手机、电动车到储能电站，锂电池已在生活中广泛应用。但由于在使用过程中不断损失锂离子，锂电池最长寿命通常只有6~8年，在极寒环境下使用，电池衰退还会加快。能否为电池延长寿命？如何解决回收问题，避免环境污染和资源浪费？这些都是亟待解决的课题。
记者从复旦大学获悉，该校高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室彭慧胜/高悦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，成功设计了从未被报道的锂载体分子。相关研究成果日前在国际学术期刊《自然》上发表。
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报废，这是锂离子电池自1990年问世以来一直遵循的基本原则。研究团队深入分析了电池基本原理，并进行了大量实验验证，发现电池衰减和人生病一样，是某个核心组件发生了异常，其他部分仍旧保持完好。在没有任何研究先例支撑的情况下，研究团队提出了大胆设想——设计锂载体分子，将其注射进电池，对电池中的锂离子进行单独管控。要实现锂载体分子的设想，需要分子具备严格且复杂的物理化学性质，包括分子的电化学活性、溶解度、空气稳定性、反应动力学、成本等，这样的分子机制是没有先例报道的，无法通过传统研究范式即依靠理论和经验进行设计。
为此，研究团队利用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质，构建数据库，利用非监督机器学习，进行分子推荐和预测，成功获得了锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂。该载体分子就像药物一样，可以通过“打一针”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，实现容量的回复，对电池进行“精准治疗”而不是“宣布死亡”，为退役电池的处理提供了一种新方式。
据了解，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，循环寿命从目前的500~2000圈提升到超过12000~60000圈。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。眼下，研究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，助力国家在新能源领域的引领性发展。
