KAIST：“用新型电解质溶剂实现电动车15分钟快速充电”

by Jeong Ilwoong

Published 17 Mar.2025 08:06(KST)

韩国科学技术院凭借电动汽车锂电池电解质创新技术，成功缩短了充电时间。

韩国科学技术院于17日表示，生物化学工程系Choi Namsun教授团队与新材料工程系Hong Seungbeom教授团队开发出新型电解质溶剂“异丁腈（isoBN）”，通过最大化电池内锂离子迁移的策略，研发出一项可在室温下于15分钟内完成电动汽车电池充电的技术。

（自左起）博士研究生 Song Chae-eun，硕博连读研究生 Choi Youngwoo，教授 Choi Namsun，博士研究生 Han Seunghui。KAIST提供

首先，联合研究团队开发了调控电解质中溶剂化结构的策略。通过优化电池核心要素——负极界面层（固体电解质界面层·SEI）的形成，使锂离子迁移更加顺畅，并在解决高速充电过程中产生的锂析出以及电池寿命缩短等问题的同时，为提升锂离子电池的充电速度奠定了基础。

现有锂离子电池电解质中使用的乙烯碳酸酯（ethylene carbonate，以下简称EC）电解液具有高黏度（3.38 cP）、强溶剂化特性，并形成由较大晶粒构成的负极界面层，从而在高速充电时阻碍锂离子顺畅迁移或嵌入石墨负极的层状结构。

此外，金属锂会沉积在负极界面层上方或负极板上端部（与隔膜接触的部分）。这类沉积锂属于无法进行充放电的不可逆锂，会缩短电池寿命，并因短路而大幅提高起火风险。

为解决上述问题，联合研究团队在电池电解质中引入可完全替代EC的新型电解质溶剂“异丁腈”，降低锂离子的脱溶剂化能量，并减小负极界面层的晶粒尺寸，从而提出了一项在低温及室温下实现高速充电的电解质技术。

同时，通过引入异丁腈溶剂，研究团队构建了与EC电解质相比黏度降低55%（1.52 cP）、离子电导率提高54%（12.80 S/cm）的高离子传导性电解质体系。

结果显示，异丁腈电解质可大幅降低锂离子的脱溶剂化能量，在实现15分钟以内高速充电的同时，即便经历300个循环，也能在负极上端部不出现不可逆锂沉积的情况下，仍保持94.2%的容量。

尤其是，联合研究团队利用原子力显微镜模式中的电化学应变显微镜（Electrochemical Strain Microscopy），首次在全球范围内将电解液组成变化导致的锂离子电导率差异以及锂离子在负极界面层中的迁移动态可视化，并揭示了电解质组成会影响负极界面层晶粒尺寸。

此次研究的意义在于明确了负极界面层的晶粒尺寸与排列状态以及电解质的溶剂化结构，是影响锂离子电池高速充电时间的关键要素。

此外，通过以低结晶性、超低黏度的异丁腈溶剂替代因高结晶性而在低温下无法实现快速锂离子迁移的EC溶剂，使电池在室温及零下10摄氏度条件下也能实现高速充电，被评价为一项可大幅缩短电动汽车电池最大障碍——充电时间的突破性技术。

联合研究团队预计，今后该技术有望在能源存储系统（ESS）、无人机、航空航天等多个领域，为锂离子电池高速充电技术的实用化作出贡献。

韩国科学技术院教授Choi Namsun表示：“联合研究团队提出了大幅缩短锂离子电池充电时间的负极界面层技术和电解质体系。本次研究是通过腈类电解质技术（isoBN）克服既有环状碳酸酯电解质材料（EC）局限性的成果，有望通过缩短充电时间，为推动电动汽车的大众化作出贡献。”

另一方面，本研究在韩国产业技术企划评价院的电动汽车高功率电池及充电系统技术开发项目，以及韩国研究财团的纳米·材料技术开发项目的支持下开展。

由韩国科学技术院生物化学工程系Choi Namsun教授、研究员Song Chaeun、Han Seunghee，新材料工程系Hong Seungbeom教授及研究员Choi Youngwoo共同担任第一作者的本研究成果，已于本月11日发表于国际学术期刊《Advanced Materials》。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。