IT 之家 4 月 17 日讯息，中国科学院宁波材料本领与工程商讨所能源锂电板工程实验室刘兆平商讨员、邱报副商讨员等东说念主 4 月 16 日晚在国外学术期刊 Nature 上在线发表了题为" Negative-thermal expansion and oxygen-redox electrochemistry "的商磋商文。

他们发现高容量富锂锰基正极材料在受热时出现晶格减轻的反常样式，而这种"遇热减轻"当作不错匡助老化的锂电板规复电压，让锂电板"永生久视"。这一发现为开辟更智能、更耐用的下一代高比能锂电板提供了全新的念念路，有望转变未回电板的策动和使用相貌。

▲ 阴 / 阳离子活性中心与材料热彭胀性的关系暗示图

▲ 富锂正极材料的氧活性与负热彭胀性

▲ 富锂锰基正极材料中氧活性与负热彭胀统统之间的定量关系图

要提高电动汽车、电动航空器等的续航里程，发展高比能锂电板本领是重要。富锂锰基正极材料因其阴离子（氧）氧化还原的非凡容量，放电比容量高达 300mAh / g，远超现存正极材料，可擢升电板能量密度 30% 以上，且本钱上风权贵，被视为下一代锂电板正极材料的想象候选。

但是，富锂锰基正极材料在现实愚弄中存在电压降，影响其永远褂讪性。这一问题的根源在于其在充放电进程中氧活性呈现权贵不合称性，也即是充电时的高能量输入与放电时的粗劣量开释，导致晶格储能捏续积攒。这种能量失衡启动材料发生弗成逆结构转机，其实质源于氧活性与晶格褂讪性的动态均衡失稳。当氧响应活性冲破晶格承载阈值时，正反馈机制加快结构损害，激勉电压衰减和容量衰败。因此，何如让高能量密度锂电板完了永远褂讪使命，已成为下一代锂电板本领限制亟需料理的贫穷。

商讨团队通过原位加热同步辐照 X 射线衍射（SXRD）表征本领，初次捕捉到富锂锰基正极材料在高温下的反常减轻当作，并阐明了这种样式在其它氧活性正极材料中的普适性。这一反常样式有悖于传统固体材料多数免除的"热胀冷缩"规章，具体施展为：在 150 ℃ -250 ℃温域内，富锂锰基正极材料晶胞体积不仅未随温度升高彭胀，反而施展出反常减轻的负热彭胀（NTE）效应。

这一发现冲破了经典热彭胀表面的说明框架，揭示了结构无序性对材料热力学当作的特别调控机制，为新式功能材料策动提供了全新标的。这相同式初次将结构无序性与晶格热力学当作胜利关系，为相识氧活性正极材料体系的复杂储能机制提供了新视角。

为施展 NTE 效应的物理化学实质，商讨团队归拢充放电测试与热力学谋划，揭示了氧框架结构无序的可逆转机机制：在加热条目下，可完了亚稳态材料中的结构无序向动态有序转机，而这一进程胜利导致晶胞参数的反常减轻。基于此，团队确立了可逆氧活性容量孝顺比 γ 与负热彭胀统统 α 的定量关系：α = -0.463γ + 14.4×10-6 ℃ -1。根据该定量关系，通过化学构成调控富锂锰基正极材料中氧活性容量孝顺，商讨团队见效制备出热彭胀统统接近于零的新式材料，完了了从样式不雅测到定量策动的进步。

这一商讨在要津论层面获得两方面冲破：

一是发展了基于热激活能源学的结构无序度动态表征本领，克服了传统静态结构分析对亚稳态体系表征的局限性；二是提倡"结构无序度 - 功能特质"逆向设策略略，通过调控氧活性完了了材料热彭胀当作的定向优化。

这种以无序调控有序的策动念念想，不仅为开辟零热彭胀电极材料提供了新旅途，更始创了基于动态结构演化的功能材料商讨范式。

此外，商讨团队还构建了基于非均衡态热力学的"电化学退火"模子，初次在电化学体系中完了了亚稳态材料的动态调控。

重要实考笔据标明，在 4.0 V 临界电压条目下，富锂锰基正极材料展现出私有的电压挂念效应，其晶格氧重构活化能权贵镌汰，启动结构无序发生有序重组，完了近 100% 的电压竖立。

这一系列发现为延迟富锂锰基电板寿命提供了新的料理念念路：通过智能调控充电策略，可如期竖立富锂锰基正极材料的结构问题开云体育，从而权贵延迟电板的使用寿命。该商讨不仅深刻了对材料热力学当作的相识，也为新式功能材料的策动和电板性能优化提供了热切的表面勾引。