“改良锂金属电池” KAIST与庆尚大学开发多功能电解质

by Jeong Ilwoong

Published 11 Apr.2025 08:08(KST)

一种有望改善锂金属电池寿命短问题的多功能电解质在韩国国内被开发出来。

韩国研究财团11日表示，韩国科学技术院（KAIST）Lee Jinwoo·Choi Namsun教授团队与庆尚大学 Lee Taekyung 教授团队通过联合研究，开发出一种纳米颗粒电解质，可在延长锂金属电池寿命的同时，提高快速充放电和高电压性能。

能源领域学术期刊《Energy and Environmental Science》内页封底图片。韩国研究财团提供

锂金属电池是指在负极材料中使用金属锂的电池。其具有顶级能量密度，被视为下一代电池而备受关注。

但是，在实用条件下寿命急剧缩短以及在高电压下易被腐蚀等问题成为其局限性，导致商业化推进困难。所谓实用条件，是指在尽可能少使用锂金属电池中的锂和电解质的情况下，通过调整负极与正极之间的比例来提升性能。

锂金属电池为延长寿命，代表性的电解质改性方法是使用含氟添加剂（在有助于锂离子迁移的电解质中加入高含量氟成分）。但即便如此，高昂的成本、环境污染以及其他关键性能下降等问题仍然构成限制。

作为解决上述局限性的方案，联合研究团队提出了一种电解质设计策略，在不破坏锂金属电池各项核心性能平衡的前提下，实现性能提升。

具体做法是向电解质中加入非含氟纳米氮化硅，精细调控锂离子的溶剂化结构，并构建富含无机物的稳定固体电解质界面层。所谓溶剂化，是指锂离子在液体中被稳定下来的方式，会影响电池性能。而固体电解质界面则是指锂与电解质发生反应后生成的一层薄薄的保护膜。

实验结果显示，采用联合研究团队提出策略所开发的纳米颗粒电解质的锂金属电池，不仅在实用条件下，而且在高温（50度）、高速充放电（1C）、高电压（4.5V）环境中，也能保持长期循环性能。

尤其是在能量密度约为360Wh/㎏的软包电芯测试中，经过100个循环后仍能保持74%的容量，证明了纳米颗粒添加剂具有切实的商业化潜力。软包电芯是一种软包型电池，与圆柱型和方形电池相比，其能量密度更高且更具柔性，因此在电池市场备受关注。

研究负责人 Lee Jinwoo 教授强调称：“本次研究的意义在于，通过一种非含氟添加剂实现多功能性，并首次在软包型电池中应用纳米颗粒电解质。”

另一方面，本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的纳米及材料技术开发项目资助下完成。研究成果已于今年2月13日发表在能源领域学术期刊《Energy & Environmental Science》上，并被选为期刊的内封底论文（Inside Back Cover）。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。