“用金属玻璃涂覆锂” 电池可充电次数翻倍

Published 22 Jun.2023 17:28(KST)

Kim Seokjun 韩国技术教育大学教授团队开发新技术

韩国研究团队全球首次利用金属玻璃对负极材料进行涂层，开发出了寿命比以往长出两倍以上的锂金属二次电池。

韩国研究财团22日表示，韩国技术教育大学教授 Kim Seokjun 研究团队开发出一项技术，通过在二次电池的集流体和锂负极表面涂覆金属玻璃，提高无负极及锂金属二次电池的寿命。

所谓金属玻璃，是指将金属熔化后，在其熔点以下进行快速过冷，使金属原子的排列结构变得像玻璃一样无序的状态（非晶质）合金。它广泛应用于高尔夫球杆头、网球拍、手机外壳等。随着电动汽车和环保出行工具等带动二次电池需求大幅增长，相比目前最广泛使用的锂离子电池，人们对容量更大、充电更快的下一代二次电池的需求日益迫切。尤其是，为了提高电池的能量密度，围绕去除体积和重量占比较大的负极材料，或用锂金属等替代现有负极材料石墨的技术研究正如火如荼。

上述无负极电池或锂金属二次电池，相比普通锂离子电池，可将质量能量密度提高约1.5倍。但其缺点在于，锂金属持续暴露于电解液中，并因与电解液发生副反应而消耗锂，导致电池寿命缩短。

研究团队证实，具有类似玻璃般无序原子排列结构的合金——金属玻璃，是二次电池中最优的涂层材料。此前虽有针对聚合物、氧化物、晶态金属等传统负极涂层材料的研究，但应用金属玻璃的研究在全球尚属首次。团队注意到，金属玻璃的原子排列如同液体般缺乏规则性，因而缺陷极少，具有均匀的表面和极其优异的耐腐蚀性。通过将该材料涂覆在集流体及锂金属负极表面，成功在充电过程中诱导锂的均匀沉积，从而将充电后锂与电解液的接触面积降至最低，显著提升了电芯性能。金属玻璃凭借出色的抗氧化性，在氧化与还原反应剧烈发生的二次电池内部，充当锂金属负极的保护膜，抑制与电解液的副反应，使电芯寿命得到飞跃性提升。在锂金属电池方面，采用磷酸铁锂正极的全电池中实现了超过1800次循环的长寿命特性。

Kim 教授表示：“即便是在目前已实现商业化的二次电池生产环境中，也可以应用涂覆金属玻璃的锂金属，这有望为锂金属二次电池的大规模量产提供极大助力。”