“再冷性能也不打折”……锂金属电池“游戏规则改变者”问世

Published 04 Oct.2023 08:17(KST)

KAIST研究团队开发电解液新技术
“在零下20度至零上60度也能保持溶剂性能”

在寒冷冬季，可用容量骤减的锂二次电池这一缺点，有望通过一项“游戏规则改变者”级别的新技术得到克服。

电解液溶剂化结构的变化及（下方）开发电解液组成的工作机理示意图。图片由KAIST提供

韩国科学技术院（KAIST）4日表示，Choi Namsun 生命化学工学系教授研究团队开发出世界最高水平的电解液技术，可在宽广温度范围内保持锂金属电池的高效率和高能量。开发出的电解液形成了此前从未报道过的新型溶剂化结构，并通过确保电极–电解质界面反应稳定的添加剂技术，革新性地提升了锂金属电池的寿命特性。所谓溶剂化结构，一般是指在盐（离子化合物）浓度较低的电解液中，阳离子被不带电的溶剂分子包围，形成同心壳层（Shell）的结构。在不提高盐浓度的前提下，它是拓宽电池工作温度范围的极其重要因素。

随着电动汽车时代的加速到来，能够在一次充电后实现长续航，或在相当于全球平均气温的宽广温度范围（-20～60摄氏度）内进行充放电的高容量、高能量密度二次电池开发，变得愈发重要。

研究团队表示，与既有电解液中锂离子迁移受限、可运行温度范围存在局限的情况不同，他们通过应用可在宽广温度范围（摄氏零下20度至零上60度）内稳定发挥作用的溶剂配方技术和电极界面保护技术，相比既有研究结果，实现了显著提升的可逆效率（零下20度300次循环为99.9%，室温200次循环为99.9%，高温45度100次循环为99.8%）。

此外，通常将在完全充电–完全放电条件下，电池在首次循环放电容量的80%仍能输出的循环次数作为电池寿命的指标。此次开发的电解液技术在室温（25度）下经过200次充放电后，仍保持首次循环放电容量的85.4%，展现出较高的放电容量保持率。同时，在高温（45度）条件下经过100次充放电后表现为91.5%，在低温（零下20度）运行条件下经过300次充放电后表现为72.1%。在完全充电–完全放电条件下，其容量保持率比现有商用技术高出约20%。

研究团队表示：“我们采用锂钴氧化物正极，开发出一种具有新型溶剂化结构的电解液（PWSE）技术，可在零下20度至60度的宽广温度范围内发挥极致性能，并确认在零上60～80度的高温存储条件下也能保持良好的存储性能。尤其是本研究提出了面向锂金属电池用电解液的基准框架，有望成为锂二次电池电解液市场的游戏规则改变者。”