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UNIST研发出新表面处理技术延长下一代锂金属电池的寿命

盖世汽车刘丽婷 2025-05-28 12:33:01

盖世汽车讯据外媒报道，韩国蔚山科学技术院（UNIST）下属的研究团队研发出一种新颖的表面处理技术，可延长锂金属电池（LMB）的使用寿命，同时降低爆炸风险。

图片来源： UNIST

该团队由韩国蔚山科学技术大学材料科学与工程系的Hyeon Jeong Lee教授和Seung Geol Lee教授领导，并与庆北大学（Kyungpook National University）Ji Hoon Lee教授团队合作，设计出一种气相反应方法来改性LMB的电极表面。该技术能够与锂（Li）金属上的原生钝化层发生化学反应，将其去除，同时形成一层稳定且具有保护性的固体电解质界面层（SEI）。该论文发表在期刊《ACS Nano》上。

锂金属电池（LMB）以锂金属而非石墨作为阳极，因其高能量密度而被认为是下一代储能解决方案，有望使电动汽车的续航里程翻倍。然而，锂表面不稳定的原生钝化层会阻碍锂的均匀沉积，缩短电池寿命，并在充电过程中促进枝晶生长，从而增加热失控和爆炸的风险。

研究团队创新性地利用氟烷基硅烷（FFC）进行气固反应，去除了原生氧化物和碳酸盐基钝化层。该反应生成由氟化碳链和Si-O-Si网络组成的柔性、稳定的SEI膜，为锂离子的快速传输提供了有效的屏障。

密度泛函理论（DFT）计算表明，新形成的界面层增强了锂吸附和解吸过程的可逆性，促进了更平稳的锂沉积和剥离。相反，原生钝化层会过度吸附锂离子，阻碍解吸，并损害电池的循环稳定性。

Seung Geol Lee教授解释说：“之前关于锂金属沉积的研究大多仅关注吸附能。我们的研究全面考虑了沉积和解吸过程，从而对电极的可逆性有了更深入的理解。”

精心设计的界面层促进锂离子均匀流动，抑制枝晶生长并保持机械稳定性。这使得锂金属电极即使在标准碳酸盐电解液中也能可靠运行，无需添加任何添加剂。采用高容量NMC811正极（超过20 mg/cm²）进行的纽扣电池测试表明，其循环寿命是传统锂金属电极的两倍以上。

Hyeon Jeong Lee教授强调：“这项研究不仅去除了钝化层，还形成了一层保护性的、可渗透锂离子的涂层，使其无需依赖电解液添加剂即可实现长期稳定运行。该工艺可在相对较低的温度下（约120℃）运行，其可扩展的气固反应方法为实际应用开辟了广阔的可能性。”