“容量提升10倍” 锂金属电池商用化障碍被清除

Published 28 Feb.2023 12:00(KST)

KIST-GIST研究团队开发耐久性提升3倍技术
能否跨越商用化障碍“安全性-耐久性”备受关注
比现有锂离子电池储能容量高出10倍以上

锂金属电池是用来取代不稳定且容量较小的锂离子电池的下一代二次电池候选之一，其理论储能容量高出10倍。然而，由于在安全性和耐久性方面存在问题，一直未能实现商业化。近日，国内研究团队开发出一项可将锂金属电池耐久性提升至3倍的新技术，备受关注。

韩国科学技术研究院（KIST）28日表示，与光州科学技术院（GIST）共同开发出一种将碳纤维纸用作负极材料、使锂金属电池耐久性提升3倍以上的技术。

随着电动汽车普及带动二次电池需求爆发式增长，比目前最广泛使用的锂离子电池容量更大、可实现快速充电的下一代二次电池需求日益迫切。其中，将锂离子电池负极材料石墨替换为锂金属的锂金属电池，从理论上可以实现比锂离子电池高出10倍的容量。但在充放电过程中，锂表面会生成晶体枝状突起，刺破隔膜，导致耐久性和安全性问题，因此一直无法实现商业化。

研究团队将原本作为锂金属电池负极材料使用的、涂覆锂金属的铜箔，替换为含有锂金属的薄型碳纤维纸。新开发的碳纤维纸在碳短纤维表面覆以无机纳米粒子——非晶碳和碳酸钠进行表面处理，使其同时具备对锂具有亲和性的特性，并抑制锂枝晶尖锐生长。

采用研究团队开发的碳纤维纸负极材料后，成功制造出耐久性比铜箔高出3倍以上的锂金属电池。铜箔在约100次充放电循环后发生短路，而新开发的碳纤维纸在超过300次循环后仍表现出稳定性能。此外，使用铜箔的锂金属电池，其能量密度可由240 Wh/kg提升至428 Wh/kg，约提高1.8倍。并且，由于熔融状态的锂能够在短时间内被碳纤维纸快速吸收，预计有望简化电极制造工艺。

主导本次研究的Lee Seongho KIST中心主任表示：“考虑到碳纤维的密度比铜低5倍、价格也更便宜，本研究团队提出的负极材料是一项重要成果，可在提高耐久性的同时实现锂金属电池的轻量化，并加速其商业化进程。”