这些改进在电池研发领域是前所未有的，通常情况下，调整电池成分只能带来 5% 到 10% 的性能提升。延长电动汽车 (EV) 电池的寿命不仅可以减少其最终被填埋或回收的比例，还能减轻镍钴矿开采带来的环境压力。
然而，电池压力必须恰到好处：过高或过低都会导致电池失效。研究人员设计了一种定制装置，无需任何特殊的化学工艺即可将电池压力维持在“理想”范围内。他们的研究成果发表在《自然·能源》杂志上。
锂离子电池最基本的结构由阳极、阴极和电解质组成。在电池的每次充放电循环中，锂离子都会在阳极和阴极之间来回移动。这会导致电池发生物理膨胀和收缩，就像呼吸一样。

“电池通常不喜欢这种充放电循环，”剑桥大学工程系教授迈克尔·德·沃尔德（Michael De Volder）说道，他是这项研究的共同负责人。“锂离子电池的改进工作大多由化学家和物理学家完成，但作为一名机械工程师，我也想研究机械学在其中扮演的角色。”

为了研究这个问题，德·沃尔德和他的同事们制造了一种装置，利用气动“波纹管”（一种微小的充气垫，类似于自调节夹具）来压缩一种被称为“袋式电池”的电池。波纹管保持持续的压力，同时传感器监测电池充放电过程中微小的体积变化。
“我们只是购买了市售电池，并在不同的压力下测试了它们的寿命，”德·沃尔德解释说。“我们无需改变电池电解液或电极的成分。”
他们发现，波纹管的压力必须处于“最佳”范围内：大约12.5巴，大约是传统纽扣电池标准压力的四倍。超出这个范围，电池的失效速度会更快。压力过高会导致阳极上形成锂极板，压力过低则会导致阴极开裂。

“我们发现，在每个充放电循环中保持压力相对恒定，可以显著提高电池的整体寿命，”德·沃尔德解释说。“如果压力过大，阳极会受到负面影响；如果压力不足，阴极就会开始老化。我们的实验找到了电池压力的‘最佳点’。”

尽管研究结果尚处于早期阶段，但可能对快速增长的电动汽车市场，尤其是二手车市场，产生重要影响。 “产品寿命越长，材料需要回收的次数就越少，”德·沃尔德说。 “而目前，我们在电池回收方面做得非常糟糕。”
此外，更长寿命的电动汽车电池还可以减少制造新电池所需的原材料开采量——这些原材料的开采往往是在极其危险的条件下进行的。 “我们已经开发出一种更清洁的电动汽车解决方案，但我们需要确保，作为回报，我们不会给世界其他地区带来新的生态灾难，”德·沃尔德说。“如果我们能稍微减轻这些采矿作业的压力，那将是另一个重大益处。”
这项技术已在实验室规模上进行了测试，但还需要扩大规模才能应用于商业电池。剑桥大学的创新机构剑桥企业已申请专利。

该研究得到了欧洲研究理事会、法拉第研究所和英国工程与物理科学研究理事会（EPSRC，隶属于英国研究与创新署UKRI）的部分资助。迈克尔·德·沃尔德是剑桥大学圣约翰学院的研究员。

参考文献：
Heng Wang, Rui Wang et al. The interaction between cell pressure, mechanical expansion, and degradation pathways in NMC-graphite lithium-ion batteries. Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02087-6