今天看到【自然】雜誌的一篇論文，真的令人難以置信，只需要把鋰金屬電池完全放電，讓它休息幾個小時，就可以恢復它失去的容量，延長迴圈使用壽命。你知道這意味著什麽嗎？如果得到驗證，這絕對是一個革命性的突破發現，因為它將對鋰電池領域產生根本性的影響。
這項研究來自美國史丹佛大學工程學院材料科學與工程系崔毅（音譯）教授和博士生張文博（音譯）領導的團隊。
給你一個不買電動汽車的理由，你會選什麽？你會說，啥？才一個理由，我有三個，充電慢！續航短！怕燃爆！對了，還要加上一個，冬天了怕趴窩！這也是現在電動汽車熱火朝天，但很多人仍處於觀望狀態的主要原因，而所有這些問題，都可以歸結到一點上，現有鋰離子電池還不能讓人省心、放心、安心。
但即使這樣，短期內可能也解決無望，因為目前的鋰離子電池已經是大浪淘沙，優中選優的最好結果了，是電動汽車動力電池最成熟最穩定的解決方案，並且已經來到了天花板。目前市場上的鋰離子電池中，石墨負極約占70%，而石墨負極的理論容量只有372mAh/g，現在最好的量產電池已經做到了360mAh/g，這意味著已經沒有什麽提升的空間了，瓶頸效應非常明顯，電動汽車已經被石墨卡住了脖子。
電動汽車要發展，要突破，要讓更多人買，顯然電池是最大的關鍵。目前的發展方向主要有兩個，一是用其他材料取代石墨負極，提高鋰離子電池的能量密度，二是研發能量密度更高更安全的固態電池。固態電池是另一個體系，可能會在2030年代成熟，在此我們就不展開說了。
那麽作為取代石墨負極的方案，目前主要有兩種，一種是矽負極，理論容量最高達4200mAh/g，是石墨的10倍以上，但它充放電過程中會膨脹，最高達三四倍，導致結構損壞，因而無法直接作為負極材料使用，目前主要是透過摻雜、復合、矽氧化、奈米化等方式改性，但大多還處於研究階段。特斯拉的4680使用了矽碳負極，並且已經量產，能量密度可以達到300Wh/kg，但產能還不足，而且還需要時間去驗證。
另一種方案就是直接使用鋰金屬作為負極，鋰金屬負極具有所有金屬中最低的品質密度0.53g/cm3，和所有材料中最低的陽極電位-3.04V ，以及高達3860mAh/g的理論能量密度，同樣是石墨的10倍以上，因而被稱為是動力電池的聖杯和終極夢想。
因為這將賦予鋰金屬電池最優異的功能特性，同等品質下，能量密度將比現有鋰離子電池提升一倍以上，這意味著續航裏程也會增加一倍以上，可以完全解決人們的續航焦慮，特斯拉的model 3可以跑1200公裏，你買不買？
但鋰金屬負極有兩大致命問題，讓它作為負極材料遲遲難以落地。一是鋰枝晶，在不斷的充放電過程中，鋰金屬負極表面極易形成鋰枝晶，長到一定程度就可能刺穿隔膜，導致電池短路等安全隱患。
二是「死鋰」，這是在放電過程中，由於鋰枝晶根部電流密度更大，容易發生斷裂，從而導致枝晶轉化為不可利用的「死鋰」，加速電池的效能衰減和壽命縮短。
這兩大問題的存在，導致鋰金屬電池庫侖效率低、容量衰減快，還會消耗電解液，安全問題仍然得不到解決，阻礙了鋰金屬電池的發展。尤其是容量衰減快，讓鋰金屬電池迴圈壽命很短，無法成為車規級的動力電池，誰願意買充不了幾次電就只能跑幾十公裏的電動汽車呢？
而史丹佛大學的研究，可能已一舉解決了這些問題，讓續航輕松超過1000公裏的電池有望成為現實。
剛才我們已經談到造成這一切的最大原因，簡而言之就是充放電過程會導致鋰枝晶和死鋰，日積月累下來，影響電池壽命和安全。史丹佛大學在以前的研究中發現，當鋰金屬電池處於閑置狀態時，SEI隔膜會開始溶解，記住這一點。這個SEI膜是鋰離子電池首次充電時，在負極表面形成的鈍化膜，對鋰離子具有優良的導電性，並阻止溶劑分子透過，可以大大提高電池的迴圈和使用壽命，對鋰電池來說至關重要。
而鋰枝晶和死鋰就在SEI膜上生長和堆積，導致電池迅速老化，甚至可能刺穿隔膜形成安全隱患。當科學家們發現電池閑置，隔膜在溶解時，立刻產生了一個非凡的主意，有沒有可能透過這個辦法清除死鋰和鋰枝晶呢？研究人員於是對電池進行完全放電，將負極上的金屬鋰全部剝離，這時候剩下的就只有SEI膜上的非活性死鋰碎片了。
然後他們將電池靜置了一個小時，並透過儀器觀察分析，結果發現，電池的庫侖效率竟然大於100%，這是怎麽回事呢？庫侖效率又叫放電效率，是指放電容量和充電容量之比，大於100%，難道電池失效的容量已經恢復了？科學家們隨即透過延時視訊顯微鏡進行觀察，結果發現，一些殘留在SEI膜上的死鋰已經溶解，變成可以與負極重新連線的「活鋰」了！這意味著只需要簡單地讓電池放電「休息」，就可以恢復以前損失的容量，並延長它的迴圈壽命。
這個發現無疑極為重要，甚至可能是革命性的。科學家們認為，一輛典型的電動汽車可能有4000個電池，只需要對電池管理軟體重新編程，透過將電池輪流放電，容量清零，靜置休息，無需其他任何成本，也無需改變裝置、材料或生產流程，就可恢復電池容量並延長使用壽命。
這是不是已經一舉解決了鋰枝晶和死鋰問題，並且電池的迴圈壽命已經不再是問題？即使目前研究中的鋰金屬電池迴圈次數有限，透過電池管理似乎也可以讓它無限迴圈下去，如果鋰枝晶和死鋰能定期清除，電池的安全也就不再是一個問題，而目前研究中的鋰金屬電池又都可以快充，再加上它完美的續航裏程，那麽鋰電池所有讓人憂心而又焦慮的問題，是不是都迎刃而解了呢？
這項研究發表在2月7日的【自然】雜誌上，註意，這項研究是針對可充電鋰金屬負極電池的，使用的電池模型也是鋰銅半電池和無負極電池，並不是實用或量產電池，研究人員也沒有說目前的鋰離子電池能不能透過這種方法恢復容量。換句話說，這個方法才剛剛發現，我也沒有看到網上有更多的解讀和討論，感興趣的朋友可以下載閱讀這篇論文，標題我放在評論區裏。
論文標題：Recovery of isolated lithium through discharged state calendar ageing
