【產(chǎn)通社，6月4日訊】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（Shanghai Institute of Ceramics of the Chinese Academy of Sciences，SICCAS）官網(wǎng)消息，在鋰離子電池正極材料的研究過程中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法長期依賴“試錯法”的研發(fā)模式，面臨著周期長、成本高、效率低等突出挑戰(zhàn)。隨著新能源產(chǎn)業(yè)對電池性能要求的不斷提升，這種單一依賴實(shí)驗(yàn)手段的方式已難以滿足高性能正極材料精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的需求。尤其在涉及多個性能指標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化時，各目標(biāo)之間往往存在相互制約，使得優(yōu)化過程難度倍增，研究具有較大的盲目性，嚴(yán)重制約了新型鋰電正極材料的高效研發(fā)。

針對上述問題，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所劉建軍研究員團(tuán)隊(duì)將實(shí)驗(yàn)研究、計(jì)算模擬與人工智能技術(shù)深度融合，構(gòu)建了高效協(xié)同的智能研發(fā)體系。該體系顯著提升了材料設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性與研發(fā)效率。依托該體系，團(tuán)隊(duì)已設(shè)計(jì)出多種新型鋰離子電池正極材料，并在多項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)突破，相關(guān)成果已發(fā)表在Advanced Materials、Materials Today材料領(lǐng)域高水平期刊上。

實(shí)現(xiàn)富鋰層狀正極材料容量與電壓穩(wěn)定性的協(xié)同優(yōu)化一直是材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。其性能退化主要源于嚴(yán)重的晶格應(yīng)變、不可逆的氧釋放以及過渡金屬的遷移等問題，多個因素相互制約，導(dǎo)致難以建立有效的構(gòu)效關(guān)系。針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用密度泛函理論計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多種手段，圍繞復(fù)雜的多元素?fù)诫s體系，構(gòu)建了涵蓋電化學(xué)活性、晶格應(yīng)變、氧穩(wěn)定性與過渡金屬遷移勢壘的多層級篩選策略，并借助AI進(jìn)行關(guān)聯(lián)性挖掘，首次發(fā)現(xiàn)替代元素耦合多面體畸變參數(shù)D+σ2是影響循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵特征�；陬A(yù)測結(jié)果開發(fā)的富鋰層狀正極材料表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能：300次循環(huán)后容量保持率高達(dá)95.8%，電壓衰減率低至每循環(huán)0.02%。該研究不僅獲得了高性能富鋰正極材料，也提出了一種普適性的材料理性設(shè)計(jì)方法，為多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化提供了全新思路，顯著提高研發(fā)效率。相關(guān)成果以“Modulating Coupled Polyhedral Distortion in Li-Rich Cathodes for Synergistically Inhibiting Capacity and Voltage Decay”為題，發(fā)表在材料領(lǐng)域期刊Advanced Materials上。上海硅酸鹽所博士研究生崔琴文為該論文第一作者，劉建軍研究員為通訊作者。

鈷金屬因其在調(diào)節(jié)電荷分布和穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)方面的重要作用，長期被視為高鎳正極材料實(shí)現(xiàn)優(yōu)異電化學(xué)性能不可或缺的元素。然而，鈷資源稀缺、價(jià)格高昂，推動業(yè)界加快對低鈷甚至無鈷正極材料的研發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，無鈷高鎳材料在充放電過程中容易出現(xiàn)局部電荷分布不均，導(dǎo)致晶格收縮與拉伸應(yīng)變，從而誘發(fā)結(jié)構(gòu)相變并逐步積累劣化效應(yīng)，成為制約其性能穩(wěn)定性的關(guān)鍵難題。通過第一性原理計(jì)算與原位表征技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Fe離子具有自適應(yīng)電荷補(bǔ)償（charge compensation）效應(yīng)，基于此設(shè)計(jì)并合成了新型二元高鎳正極材料LiNi0.85Fe0.15O2。該材料有效抑制了高鎳體系中常見的結(jié)構(gòu)相變問題，展現(xiàn)出218 mAh g?1的高初始容量，并徹底避免了無鈷正極中常見的Li?/Ni2?反位缺陷，為無鈷高鎳正極材料的理性設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)成果以題為“Adaptively-generated multivalent active sites suppress destructive phase transition in high-nickel layered oxide cathodes”發(fā)表在材料領(lǐng)域期刊Materials Today上。上海硅酸鹽所博士研究生李毅為該論文第一作者，廈門大學(xué)楊勇教授、上海硅酸鹽所周鉦洋副研究員和劉建軍研究員為共同通訊作者。

以上相關(guān)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)、自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的資助與支持。查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站http://www.sic.ac.cn/xwzx/kydt/202505/t20250527_7791939.html，以及https://doi.org/10.1002/adma.202505616、https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.05.016。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）