手機、满血复活電腦、打一针電動車……如今，锂电池眾多“以電為生”的满血复活設備成為人們生活、辦公、打一针出行的锂电池必需品。鋰電池則是满血复活這些設備的主要供能方式之一。然而，打一针隨著充放電次數的锂电池增加，鋰電池也會隨之衰老甚至損壞，满血复活給人們帶來電量不足的打一针焦慮。此外，锂电池報廢電池還可能造成環境汙染和資源浪費。满血复活人類生病需要打針吃藥才能康複，打一针那可否給“衰老生病”的锂电池電池也打上一針，讓其“滿血複活”？這個聽起來有點科幻的想法近日被我國科學家成功實現。

複旦大學彭慧勝團隊、高悅團隊，通過將AI與有機電化學結合，成功設計了鋰載體分子。該載體分子就像藥物一樣，可以通過“打針”的方式注入到廢舊衰減的電池中，精準補充電池中損失的鋰離子，恢複電池容量。利用該技術，電池在充放電上萬次後仍展現出接近出廠時的健康狀態，循環壽命從目前的500—2000圈提升到超過12000—60000圈。2月13日，相關研究成果發表於《自然》雜誌。

像治病一樣診治退役電池

鋰電池依靠鋰離子在正極和負極之間的移動工作。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後電池會報廢。這是鋰電池自1990年問世以來一直遵循的基本原則。

隨著鋰電池應用越來越多，大規模電池退役回收成為迫在眉睫的問題。此外，儲能電站和極端環境等儲能場景也需要將電池壽命提升一個數量級。延長鋰電池壽命成為亟待解決的關鍵難題。

為了找到給鋰電池“延年益壽”的方法，彭慧勝團隊、高悅團隊深入分析了電池基本原理，並進行了大量驗證實驗。他們發現，電池衰減和人生病一樣，是因為某個核心組件發生了異常，但其他部分仍舊保持完好。

“那為什麽不能像治病一樣，開發變革性功能材料，對電池進行精準、原位無損的鋰離子補充，從而大幅延長它的壽命和服役時間？”做過抗腫瘤疫苗研究的高悅突發奇想。

作為複旦大學高分子科學係研究員和博士生導師，高悅有著豐富的“跨界”研究經曆：“我本科研究天然產物全合成，博士期間研究新能源電池，博士後又研究過一些供極端場景使用的電池設計和3D打印高分子材料。”廣泛的學科涉獵，對於打破既定思維框架，以及推動研究工作產生了巨大的助力。

此前，高悅團隊就突破固定思維，成功把傳統電池4至12個小時的充電時間壓縮至1分鍾，解決了機器人充電時間長的問題。麵對鋰電池“延壽”的問題，在沒有任何研究先例支撐的情況下，團隊又一次大膽設想——設計鋰載體分子並將其注射進電池，對電池中的鋰離子進行單獨管控，創新性地為退役電池的處理提供了一種新方式。

AI賦能鋰載體分子製備

“打針”的方法看似簡單，但要依此製備鋰載體分子，並非易事。“這個運送鋰離子的載體需要具備嚴苛的物理化學性質。團隊設計時需要考慮分子的電化學活性、分解電壓的範圍、溶解度、空氣穩定性、化學穩定性等多個方麵。”高悅介紹。但用傳統研究範式設計要滿足這麽多嚴苛要求的分子，無異於大海撈針。

傳統方法走不通，團隊選擇獨辟蹊徑。團隊成員擁有有機化學、電化學、材料、人工智能等學科背景，多元化“跨界”讓這支團隊在研究過程中不斷迸發火花。

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、材料工程技術方麵的大量關聯性數據，構建數據庫。隨後，他們利用非監督機器學習，進行分子推薦和預測，成功獲得了從未被報道的鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰。

經驗證，三氟甲基亞磺酸鋰符合各種嚴苛的性能要求，且成本低、易合成。其與各類電池活性材料、電解液以及其他組分有良好的兼容性，可成功在軟包、圓柱、方殼和纖維狀鋰離子電池器件上實現應用。

“三氟甲基亞磺酸鋰不僅能給電池‘補鋰’，補完後還會變成氣體排出來，可以繼續回收用來製備三氟甲基亞磺酸鋰，形成能量閉環。這不僅環保還可以大大降低電池的價格。”高悅介紹，團隊正在開展鋰離子載體分子的宏量製備，並與國際頂尖電池企業合作，力爭將技術轉化為產品和商品。