美国锂电突破性发现！无成本恢复电池容量，或带来锂电巨大变革

今天看到《自然》杂志的一篇论文，真的令人难以置信，只需要把锂金属电池完全放电，让它休息几个小时，就可以恢复它失去的容量，延长循环使用寿命。你知道这意味着什么吗？如果得到验证，这绝对是一个革命性的突破发现，因为它将对锂电池领域产生根本性的影响。

这项研究来自美国斯坦福大学工程学院材料科学与工程系崔毅（音译）教授和博士生张文博（音译）领导的团队。

给你一个不买电动汽车的理由，你会选什么？你会说，啥？才一个理由，我有三个，充电慢！续航短！怕燃爆！对了，还要加上一个，冬天了怕趴窝！这也是现在电动汽车热火朝天，但很多人仍处于观望状态的主要原因，而所有这些问题，都可以归结到一点上，现有锂离子电池还不能让人省心、放心、安心。

但即使这样，短期内可能也解决无望，因为目前的锂离子电池已经是大浪淘沙，优中选优的最好结果了，是电动汽车动力电池最成熟最稳定的解决方案，并且已经来到了天花板。目前市场上的锂离子电池中，石墨负极约占70%，而石墨负极的理论容量只有372mAh/g，现在最好的量产电池已经做到了360mAh/g，这意味着已经没有什么提升的空间了，瓶颈效应非常明显，电动汽车已经被石墨卡住了脖子。

电动汽车要发展，要突破，要让更多人买，显然电池是最大的关键。目前的发展方向主要有两个，一是用其他材料取代石墨负极，提高锂离子电池的能量密度，二是研发能量密度更高更安全的固态电池。固态电池是另一个体系，可能会在2030年代成熟，在此我们就不展开说了。

那么作为取代石墨负极的方案，目前主要有两种，一种是硅负极，理论容量最高达4200mAh/g，是石墨的10倍以上，但它充放电过程中会膨胀，最高达三四倍，导致结构损坏，因而无法直接作为负极材料使用，目前主要是通过掺杂、复合、硅氧化、纳米化等方式改性，但大多还处于研究阶段。特斯拉的4680使用了硅碳负极，并且已经量产，能量密度可以达到300Wh/kg，但产能还不足，而且还需要时间去验证。

另一种方案就是直接使用锂金属作为负极，锂金属负极具有所有金属中最低的质量密度0.53g/cm3，和所有材料中最低的阳极电位-3.04V ，以及高达3860mAh/g的理论能量密度，同样是石墨的10倍以上，因而被称为是动力电池的圣杯和终极梦想。

因为这将赋予锂金属电池最优异的功能特性，同等质量下，能量密度将比现有锂离子电池提升一倍以上，这意味着续航里程也会增加一倍以上，可以完全解决人们的续航焦虑，特斯拉的model 3可以跑1200公里，你买不买？

但锂金属负极有两大致命问题，让它作为负极材料迟迟难以落地。一是锂枝晶，在不断的充放电过程中，锂金属负极表面极易形成锂枝晶，长到一定程度就可能刺穿隔膜，导致电池短路等安全隐患。

二是“死锂”，这是在放电过程中，由于锂枝晶根部电流密度更大，容易发生断裂，从而导致枝晶转化为不可利用的“死锂”，加速电池的性能衰减和寿命缩短。

这两大问题的存在，导致锂金属电池库仑效率低、容量衰减快，还会消耗电解液，安全问题仍然得不到解决，阻碍了锂金属电池的发展。尤其是容量衰减快，让锂金属电池循环寿命很短，无法成为车规级的动力电池，谁愿意买充不了几次电就只能跑几十公里的电动汽车呢？

而斯坦福大学的研究，可能已一举解决了这些问题，让续航轻松超过1000公里的电池有望成为现实。

刚才我们已经谈到造成这一切的最大原因，简而言之就是充放电过程会导致锂枝晶和死锂，日积月累下来，影响电池寿命和安全。斯坦福大学在以前的研究中发现，当锂金属电池处于闲置状态时，SEI隔膜会开始溶解，记住这一点。这个SEI膜是锂离子电池首次充电时，在负极表面形成的钝化膜，对锂离子具有优良的导电性，并阻止溶剂分子通过，可以大大提高电池的循环和使用寿命，对锂电池来说至关重要。

而锂枝晶和死锂就在SEI膜上生长和堆积，导致电池迅速老化，甚至可能刺穿隔膜形成安全隐患。当科学家们发现电池闲置，隔膜在溶解时，立刻产生了一个非凡的主意，有没有可能通过这个办法清除死锂和锂枝晶呢？研究人员于是对电池进行完全放电，将负极上的金属锂全部剥离，这时候剩下的就只有SEI膜上的非活性死锂碎片了。

然后他们将电池静置了一个小时，并通过仪器观察分析，结果发现，电池的库仑效率竟然大于100%，这是怎么回事呢？库仑效率又叫放电效率，是指放电容量和充电容量之比，大于100%，难道电池失效的容量已经恢复了？科学家们随即通过延时视频显微镜进行观察，结果发现，一些残留在SEI膜上的死锂已经溶解，变成可以与负极重新连接的“活锂”了！这意味着只需要简单地让电池放电“休息”，就可以恢复以前损失的容量，并延长它的循环寿命。

这个发现无疑极为重要，甚至可能是革命性的。科学家们认为，一辆典型的电动汽车可能有4000个电池，只需要对电池管理软件重新编程，通过将电池轮流放电，容量清零，静置休息，无需其他任何成本，也无需改变设备、材料或生产流程，就可恢复电池容量并延长使用寿命。

这是不是已经一举解决了锂枝晶和死锂问题，并且电池的循环寿命已经不再是问题？即使目前研究中的锂金属电池循环次数有限，通过电池管理似乎也可以让它无限循环下去，如果锂枝晶和死锂能定期清除，电池的安全也就不再是一个问题，而目前研究中的锂金属电池又都可以快充，再加上它完美的续航里程，那么锂电池所有让人忧心而又焦虑的问题，是不是都迎刃而解了呢？

这项研究发表在2月7日的《自然》杂志上，注意，这项研究是针对可充电锂金属负极电池的，使用的电池模型也是锂铜半电池和无负极电池，并不是实用或量产电池，研究人员也没有说目前的锂离子电池能不能通过这种方法恢复容量。换句话说，这个方法才刚刚发现，我也没有看到网上有更多的解读和讨论，感兴趣的朋友可以下载阅读这篇论文，标题我放在评论区里。

论文标题：Recovery of isolated lithium through discharged state calendar ageing