韩国研究人员开发出稳定的高能量密度锂离子电池 可实现电动汽车快速充电

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国研究团队开发出在锂离子电池阳极表面部分涂覆氧化铝颗粒的核心技术，可确保锂离子电池在快速充电条件下保持充放电稳定性和延长电池使用寿命。相关研究成果目前已发表在期刊《先进功能材料（Advanced Functional Materials）》上。

图片来源：KERI

电动汽车（EV）普及的一个重要前提是提高锂离子电池的续航里程和安全性。快速充电对用户的便利性也至关重要。然而，要提高锂离子电池的能量密度就需要更厚的电极，而这可能会导致在快速充电过程中电池退化和性能下降。

为了解决这个问题，韩国电气研究院（KERI, Korea Electrotechnology Research Institute）团队开发出一种解决方案，即在锂离子电池阳极表面部分涂覆小于1微米的氧化铝（Al2O3）颗粒。尽管世界各地的许多研究人员都专注于研究电极内部的材料，如在石墨等阳极材料中引入功能性纳米技术，但Choi博士的团队则采用了一种简单的处理技术，即在电极表面涂上氧化铝。

氧化铝具有成本低、电绝缘性和耐热性好、化学性质稳定和机械性能良好等特点，因此被广泛应用于各种陶瓷中。KERI的研究人员发现，氧化铝颗粒能有效地控制锂离子电池阳极和电解质之间的界面，形成一条有效传输Li+的界面“高速公路”。这可以防止快速充电过程中锂发生电沉积（一种不可逆的变化，使锂无法进一步的充电和放电），从而确保锂离子电池在充电和放电过程中的稳定性和使用寿命。

该技术的另一个优点是能够提高锂离子电池的能量密度。将其它功能材料引入电极内部以提高性能和稳定性通常会使合成过程更加复杂，并减少可逆锂的数量（首次库仑效率）。它还会增加电极厚度，导致在快速充电条件下电池性能下降。

然而，KERI技术是对石墨阳极的表面进行处理，而不是对内部活性石墨材料进行改性。这种方法即使在高能量密度厚膜电极的快速充电条件下也能实现稳定的性能，而不会造成可逆锂的损失。

通过各种测试，该研究团队证实，涂有氧化铝（4.4mAh/cm2）的高能量密度阳极表现出世界一流的性能，即使在500次快速充电循环后，仍能保持83.4%以上的容量（剩余容量比）。研究人员已经用高达500mAh的软包电池验证了这一性能。该团队现在正计划扩大这项技术的规模，使其适用于大面积、中大容量的电池。

该研究团队由韩国电气研究院电池材料和工艺研究中心的Choi Jeong-Hee博士领导，并与Lee Jong-Won教授指导的汉阳大学（Hanyang University）团队和由Park Min-Sik 教授指导的庆熙大学（Kyunghee University）团队合作。

Choi博士说：“长期以来，方便的快速充电与锂离子电池的能量密度一直被认为是需要平衡的点，因此阻碍了电动汽车的普及。我们的研究将有助于开发稳定、高能量密度且能够快速充电的锂离子电池。这一进步将有利于电动汽车的普及，并为实现国家碳中和提供支持。”