韩国研究团队研发三维多孔结构 有望为电动汽车带来更安全、更持久的锂金属电池

盖世汽车讯 电动汽车电池火灾一直是一个重大隐患，因为一旦发生热失控进而引发火灾，就极难扑灭，而且可能复燃。

图片备注：浦项科技大学（POSTECH）

据外媒报道，浦项科技大学（POSTECH）和韩国中央大学（Chung-Ang University，简称CAU）的联合研究团队开发出新型三维多孔结构，可显著提高锂金属电池（LMB）的寿命和安全性。相关研究成果发表在期刊《先进材料（Advanced Materials）》上。该团队的研究人员包括浦项科技大学的Soojin Park教授、Dong-Yeob Han博士和Gayoung Lee，以及韩国中央大学的Janghyuk Moon教授和Seongsoo Park教授。

锂金属电池有望比目前的锂离子电池拥有更高的能量密度，并能显著延长电动汽车的续航里程。然而，其商业化的主要障碍在于锂金属在充放电过程中容易发生不均匀沉积，形成针状的“枝晶”，这些枝晶会刺穿隔膜，导致内部短路甚至爆炸。

该团队的解决方案简单而有效：他们设计了一种多孔基体结构，其内部具有笔直、低曲折度的通道以及内置的亲锂梯度，进而实现锂的自下而上均匀沉积。可以想象一下停车场：如果入口狭窄、车道蜿蜒，车辆往往会聚集在入口处。但如果你建造宽阔笔直的坡道，并让底层空间更加宽敞，车辆自然会优先停放在底层。他们的电极设计正是将这一原理应用于电池中的锂离子。

研究人员采用非溶剂诱导相分离（NIPS）工艺，将聚合物基体与碳纳米管（CNTs）、银（Ag）纳米颗粒混合，制备多孔基体，以提升其导电性能；同时在铜基底上引入一层Ag层，以诱导锂在基底处成核。最终实现了自下而上的锂沉积，不仅完全抑制了枝晶生长，还显著提升了结构稳定性。

在测试中，采用这种基体材料制造的电池实现了398.1 Wh/kg和1,516.8 Wh/L的能量密度，远超传统的锂离子电池（约250 Wh/kg，约650 Wh/L）。即使在低电解液含量、薄锂负极以及NCM811和LFP等实际应用正极材料的商业化工况下，这些电池也展现出卓越的稳定性，未发生短路或容量骤降。如果应用于电动汽车，这项改进有望将续航里程提升约60-70%（例如，目前每次充电可行驶约400公里的车辆，其续航里程有望达到约650-700公里）。

Park教授表示：“这项研究提出了一种无需依赖复杂制造工艺即可同时控制电极内部离子传输路径和锂生长行为的新方法。设计锂离子移动的‘路径’和‘方向’，将是迈向安全、高能量锂金属电池商业化的关键一步。”

Moon教授补充道：“我们的工艺可以通过简单的制造方法同时控制微观结构和化学梯度，使其具有很高的可扩展性，适用于工业生产。”