要实现锂电池能量密度超越600 Wh/kg的目标，在当前技术认知与研发路线下，富锂锰基正极材料和金属锂负极材料被认为是支撑电池体系性能跃升的两大核心材料。然而，这种颠覆性的材料组合也引入了与现有锂离子电池截然不同的复杂电化学反应和失效机制。

中国科学院宁波材料所原子尺度与微纳制造实验室动力锂电池团队在刘兆平研究员的带领下，长期从事高能量密度锂电池技术研究，团队聚焦高容量富锂锰基正极材料进行了长期深入的研究和工程化开发（Energy Environ Sci., 2026, 10.1039/D5EE06116D; Nature, 2025, 640, 941; Energy Environ Sci., 2025, 18, 284; Mater. Today, 2022, 61, 91; Mater. Today, 2021, 51, 15; Nat. Commun., 2016, 7, 12108），依托成果转化项目公司在国际上率先建成高容量富锂锰基正极材料千吨级示范生产线。与此同时，团队在金属锂负极研究和失效分析（Nature Energy (cover article) 2022, 7, 1031; Nano Energy, 2022, 93, 106805）及高能量密度锂金属电池研制（Adv. Mater., 2025, 37, 2419377; ACS Energy Lett., 2021, 6, 115）等方面均积累了深厚的研究基础。

近期，研究团队从实用化角度出发，系统探讨了超高能量密度富锂锰基电池的寿命失效机制，深入剖析了制约其使用寿命的核心痛点，阐述了电池失效的路径及其影响因素，为未来深入理解锂金属电池失效“黑匣子”提供了重要参考。

锂电池的宏观性能衰退始于材料的微观失效，在正极侧，深度的阴离子氧化还原会导致过渡金属-氧多面体发生扭曲，进而引发局部化学结构的无序化和晶格失稳，最终导致正极颗粒粉化。在负极侧，电化学锂沉积－剥离过程极易导致不可逆的锂枝晶生长和死锂的不断增殖，引发严重的电芯层级失效。在实际应用中，电芯设计参数、组装工艺和工况条件对电池寿命的负面影响，甚至比单纯的材料老化更为严重和深远。实现600 Wh/kg级富锂锰基电池的长期稳定运行，绝非简单放大现有电池的设计和相应尺寸即可达成，而是需要驾驭极其复杂的电化学储能机制涉及的基础科学问题以及工程化的实现水平和能力。

相关研究成果以“解码超高能量密度锂金属电池的复杂失效行为（Understanding the degradation complexity of ultrahigh-energy lithium metal batteries）”为题，于2026年2月20日发表在《自然综述化学》（Nature Reviews Chemistry）期刊，论文链接：http://www.nature.com/articles/s41570-026-00801-2。

宁波材料所邓伟博士为该论文第一作者（现为深圳先进院副研究员），宁波材料所邱报研究员、刘兆平研究员、深圳先进院唐永炳研究员和芝加哥大学孟颖教授为论文通讯作者。该研究工作的第一完成单位为宁波材料所，合作单位为美国芝加哥大学、深圳先进院和欣旺达动力科技股份有限公司，该工作得到了国家自然科学基金(22479158, 52272253, 52472266)、中国科学院国际伙伴计划(181GJHZ2024126MI)、江苏省重点研发计划(BG2024021)、宁波市青年科技创新人才(2024QL041)和中国科学院青年创新促进会会员(2022299)等项目支持。

图1. 锂金属电池失效过程的复杂性

图2. 实用化锂金属电池中极限电芯参数设计对电池失效过程的影响机制

（原子尺度与微纳制造实验室）