金属化合物让锂电池性能提升超2000小时 … 约为原来的4倍
近期，一项利用合金相图提升锂金属电极表面品质的技术被成功开发。
合金相图是一项指标，可提前掌握异种元素与锂发生合金化时是否反应以及其原理。以此为基础，研究团队在无需电解液添加剂辅助的情况下，成功开发出一种可以在电解液表面形成可控副反应的锂金属合金，因此备受关注。
UNIST能源化学工程系 Lee Hyeonuk 教授团队开展了利用金属氟化物（MxFy）化合物的相关研究。
研究团队利用该化合物，开发出一种电极制备工艺：金属表面形成具有优异化学稳定性的氟化锂保护层，内部则构成锂原子迁移性大幅提升的锂合金，从而显著提升了锂电池的性能。
锂金属因其高容量和低工作电压，被视为理想的下一代负极材料。然而，在电池运行过程中，由于电化学沉积的锂形成不均匀枝晶，以及与电解液发生的副反应，导致其寿命较短，并可能因电气短路而引发火灾。
尤其是在电镀锂时产生的新鲜锂表面会持续与有机电解液反应。这不仅会消耗锂和电解液，而且由此形成的厚固体电解质膜会大幅降低电池性能。
研究团队着手开展提升锂电池性能的研究。
首先，他们利用了金属氟化物在较低热处理条件下也能与锂剧烈反应的特性。在这一过程中，氟化锂形成表面保护层，从而能够将内部的锂合金与电解液隔离开来。
这种锂合金电极在含有电解液添加剂的电解液体系中运行时，与传统锂电极相比，电池寿命提升约4倍以上，可稳定运行约2000小时。
此外，在不含电解液添加剂的电解液体系中，该电极也能稳定运行700小时以上，验证了该表面处理技术的优越性。
研究团队还利用原位透射电子显微镜分析方法，阐明了金属氟化物化合物与锂发生反应的机理。
第一作者、UNIST能源工程系博士后研究员 Kim Minho 表示：“本研究利用合金相图，提出了相较于传统锂金属，能够制备界面特性更优锂合金的基准。”
他接着表示：“这一表面改性技术能够完全弥补以往常被忽视的、由电解液添加剂导致的锂表面保护层不完全形成问题，将成为推动锂金属电池走向商业化的重要技术指标之一。”
能源化学工程系教授 Lee Hyeonuk 称：“在全球围绕二次电池的竞争中，开发性能优异的新材料已经重要到足以决定一个国家能否成为技术强国。尤其是在发现新材料的情况下，弄清其作用机理比以往任何时候都更为重要。”
他补充说：“UNIST正在建设一个可对二次电池和下一代电池进行高级分析的一体化分析中心。通过这一基础设施，我们希望承担总部角色，系统解析国内研究者开发的大量新材料，并诊断这些材料如何提升二次电池性能。”
本研究在蔚山科学技术院未来先导型特色化项目、科学技术信息通信部及韩国研究财团中坚研究者衔接新进后续项目、应对气候变化技术开发项目的资助下完成，并于4月7日在线发表在纳米材料领域国际权威学术期刊《Nano Letters》上。
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