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浦项科技大学发明新一代混合阳极利用磁力控制锂元素以防止电池爆炸

盖世汽车李新坤 2025-12-26 10:22:17

盖世汽车讯据外媒报道，浦项科技大学（POSTECH）的研究团队研发出了新一代混合阳极，该阳极利用外部磁场来调控锂离子传输，从而有效抑制高能量密度电极中枝晶的生长。该技术可大幅提升电池能量存储能力，足以缓解电动汽车续航里程焦虑，同时还能降低热失控和爆炸风险。

图片来源：浦项科技大学

该研究团队由浦项科技大学化学工程系和电池工程研究生院的Won Bae Kim教授牵头，联合Song Kyu Kang博士和博士生Minho Kim，提出了一种“磁转换”策略，将外部磁场作用于铁磁性锰铁氧体转换型阳极。相关研究成果已发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）期刊上。

随着电动汽车和大规模储能市场的快速发展，电池行业正面临着一项紧迫的挑战：开发能够存储更多能量同时确保安全的电池。

锂金属阳极具有极高的理论容量，但在反复充电过程中容易形成尖锐的针状枝晶，这些枝晶会刺穿隔膜，导致内部短路，进而引发火灾或爆炸。相比之下，目前广泛使用的传统石墨阳极又存在固有的容量限制。因此，新一代阳极技术至关重要。

“磁转换”的原理很简单：如果磁铁可以使铁屑整齐排列，为什么不能用它来控制锂离子的流动呢？当锂嵌入锰铁氧体阳极时，会形成铁磁性金属纳米颗粒。在施加的磁场作用下，这些纳米颗粒会像微小的磁体一样在电极内部排列。这种排列使锂离子更均匀地分布在表面，防止它们集中在特定区域。

在此过程中，洛伦兹力（Lorentz force），也就是磁场作用于带电粒子上的力，会进一步分散锂离子，促进均匀传输。这样一来，阳极就不会形成危险的枝晶，而是形成光滑、致密且均匀的锂金属沉积层。

此外，该阳极采用混合系统，可将锂存储在氧化物基质内部，同时将金属锂沉积在表面。这种双重机制使储能量比商用石墨阳极高出约四倍，同时还能保持稳定的充放电循环，且不会形成枝晶。值得一提的是，该电池在超过300次循环后，库仑效率（Coulombic efficiency）仍能保持99%以上，具有长期稳定性。

主导这项研究的Won Bae Kim教授表示：“这种方法同时解决了锂金属阳极面临的两大挑战——不稳定性和枝晶形成。它为开发更安全、更可靠的锂金属电池开辟了一条新途径。”