【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”，AI开出“神奇药方”！

　　无论是日常使用的手机、电脑，还是绿色出行的电动汽车，锂电池都扮演着关键角色。然而，随着充放电次数的增加，锂电池会逐渐 “衰老”，不仅续航能力越来越差，影响使用体验，还会带来环境污染和资源浪费等问题，最长寿命也只有6-8年。

　　最近，复旦大学的彭慧胜团队、高悦团队取得了一项重大突破，通过将人工智能和有机电化学结合，成功设计出从未被报道的锂载体分子。这一成果发表在《自然》杂志上，在国际上尚无先例。

　　精准治疗：对废旧电池不抛弃、不放弃

　　要理解这项技术的神奇之处，首先要知道锂电池为什么会 “衰老”。锂电池的工作原理基于锂离子在正负极之间的移动。充电时，正极材料为电池发生电化学反应提供足够的Li+，产生的Li+在电解质的运输下，穿过隔膜Li+专属通道，到达负极材料。放电过程中，电子与Li+同时从负极出发，电子通过外电路到达正极，Li+由电解质运输至正极，与电子结合。

　　自1990年商业化以来，锂电池始终受限于一个根本性矛盾：正极材料中预存的锂离子既是能量载体，也是寿命的“沙漏”——随着充放电次数的增加，锂离子因副反应持续损耗，即便电极材料完好无损，电池也会因“锂枯竭”而失效。

　　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，从而延长其寿命？

　　复旦大学彭慧胜团队、高悦团队通过引入有机化学、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。经过研究，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。

　　这种白色粉末状化合物具备三大特性：

　　一是精准分解：在2.8-4.3V充电电压窗口内不可逆氧化，释放锂离子并分解为SO₂、CHF₃等气体，经电池排气系统排出，实现“零残留”；二是普适兼容：可溶于常规电解液，与石墨、硅碳负极及各类正极材料完美适配；三是工业友好：空气中稳定，合成成本低于传统电解液添加剂，占电池总成本比例不足10%。

功能有机分子三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）为电池补充锂离子

　　“药剂”到位，下一步就要“注射”。这个过程可以归纳为四步曲。首先是配液，将三氟甲基亚磺酸锂溶解于电解液，浓度可达12.5%；第二步是注入，通过预留导管将混合液注入未激活的“干电池”；第三步是活化，充电时锂盐在阳极分解，释放锂离子嵌入负极；第四步是净化，分解气体经封装工艺排出，电池即可投入循环使用。

　　整个过程无需拆解电池，现有产线仅需增加注液工序即可升级，产业化门槛极低。

　　AI for Science的典范

　　这项成果中，还有一个最大的亮点，就是团队采用了人工智能辅助的全新能源分子设计方法。

　　过去，设计分子是基于“试错法”，科学家们需要假想着去做一种结构，设计出来后合成再验证。

　　但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、分解电压的范围、溶解度、空气稳定性、化学稳定性、酸碱性、分解产物的成分、反应动力学、分子可合成性和成本。这样的分子机制学界尚无先例，无法通过传统研究范式，即依靠经验和直觉进行设计。

　　通过AI，可以系统性地去搜寻所有的可能性，然后对可能性进行评估，避免落入局部优化陷阱。

　　历时四年多的探索，团队成功结合AI和有机电化学，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，最终才获得了三氟甲基亚磺酸锂，让AI for Science理念真正落地。

　　“我们实验发现，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（96%容量），循环寿命从目前的500~2000圈提升到超过12000~60000圈。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。”论文的通讯作者之一高悦说。

　　目前锂载体分子已通过初期实验验证，预计在电池总成本中占比不到10%，具备大规模商用潜力，可用于补锂、储能、光储一体化。团队正在开展锂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。从源头解决电池大规模报废的问题，使产业生态走向智能化、环保化。

　　很多人好奇，如果这项技术未来广泛应用，会对新能源汽车产业带来什么影响？又会对我们的生活带来哪些改变？对此，我们问了deepseek↓↓

　　【科视评】

　　锂电池是现代生活的“能源心脏”，此次科研人员以“AI+有机电化学”跨界融合，设计出锂载体分子，让电池“延寿”，打破了传统“试错法”的局限，展现出了AI for Science的无限潜力。

　　采用该技术后，电池在充放电上万次后仍展现出接近出厂时的健康状态，循环寿命提升24-30倍左右，为解决锂电池“衰老”问题提供了切实可行的解决方案。当锂电池寿命从“数年”迈向“数十年”，其影响也将辐射至整个社会。期待这项技术早日产业化，让更多“绿色心跳”强劲跃动，为可持续发展注入澎湃动能。

　　记者：蔡琳

　　资料来源：复旦大学、上观新闻、中科院物理所等