GIST用“2分钟工艺”攻克锂金属电池最大难题

by Min Chanki

Published 09 Feb.2026 11:07(KST)

在负极上形成决定锂迁移与稳定性的界面

（自左起）新材料工学系 Eom Gwangseop 教授、博士课程学生 Lee Changhyeon。GIST 提供

光州科学技术院（GIST）于9日表示，该校次世代能源研究所所长、材料科学与工程系教授 Eom Gwangseop 领导的研究团队，通过一种向电极表面反复施加短电脉冲、精细修饰电极表面的方式（电化学脉冲沉积工艺），开发出一项技术，仅用2分钟就能在锂金属电池负极上形成决定锂迁移与稳定性的表面（界面）。

本次研究的核心在于：在负责传导电流的负极铜表面中仅引入极微量锡元素，从而构建出直径远细于头发丝的纳米线前驱体（SCN）结构。研究团队借此证明，可以通过快速且简便的工艺，实现一种使锂金属不会向一侧聚集、而是能够均匀沉积的稳定界面。

电动汽车（EV）和储能装置（ESS）需要在储存电能后，于必要时安全、稳定地释放电能。目前，这类系统主要使用商用锂离子电池。

锂离子电池的优点是，相对于体积和重量能够储存更多能量，但由于采用石墨作为负极材料，其结构存在固有限制，可储存的能量密度存在上限。因此，超越现有锂离子电池的下一代高能量电池技术正受到越来越多关注。

研究团队将目光投向使用锂金属替代石墨作为负极的“锂金属电池”。锂金属电池在理论上可以储存极高能量，被视为极具潜力的下一代高能量电池技术。

然而，如果在充放电过程中，锂离子不能沿界面均匀迁移，就会在负极表面一侧堆积锂金属，长出尖锐晶体结构的“枝晶”。

在低晶界密度的未处理铜（Cu）表面形成的本征固体电解质界面（SEI）与具有多重晶界的 SCN 衍生固体电解质界面（SEI）对比示意图。

一旦枝晶生长，电极界面就会变得不稳定，电池性能和寿命会迅速下降。因此，要将锂金属电池真正应用于实际，就必须开发出能够使锂离子快速且均匀迁移的新型电极与界面设计技术。

研究团队采用了一种只保留必要功能、同时抑制副作用的精细设计策略。通过该策略，仅在原子尺度极微量地引入锡元素，在不引发材料过度混合或结构畸变问题的前提下，成功构建出有利于锂附着的负极界面。

结果表明，该方法可以引导锂金属不再向一侧聚集，而是均匀沉积，同时还能有效抑制电极结构变形和性能衰减。尤其是这种远细于头发丝的纳米结构界面，会在充电初期自然转变为起保护作用的固体电解质界面（SEI），从而形成一条使锂离子快速且稳定迁移的通道。

研究团队通过精细设计的负极界面结构，使锂离子的迁移速度较传统铜界面提高约24倍。由此，可有效抑制锂金属电池长期存在的锂沉积不均与枝晶生长问题。

未处理铜（Bare Cu）集流体与纳米线前驱体（SCN）集流体上形成的固体电解质界面（SEI）电化学特性对比结果。

采用该结构（纳米线界面结构）的电池可稳定运行超过900小时；在应用磷酸铁锂（LFP）正极的实际电池测试中，在约1小时内完成充放电的高速条件下，循环480次后仍保持初始容量的98.2%。

这意味着在同时实现高速充电与长寿命方面取得突破，在电动汽车和储能装置等产业领域具有较高应用前景。

Eom Gwangseop 教授表示：“本研究的意义在于，证明仅通过对锂负极电化学界面的设计，就能有效解决一直被视为锂金属电池商业化最大难题的枝晶形成问题。该工艺在2分钟内即可完成，既简单又能同时实现高速充电和长寿命，因此是一项可直接应用于现有电池制造工艺的实用技术。”

本研究由 GIST 材料科学与工程系教授、通讯作者 Eom Gwangseop 指导，博士课程学生、第一作者 Lee Changhyeon 执行，获得了科学技术信息通信部及韩国研究财团中坚研究者支援项目，以及“未来放射线优势技术高度化项目”的资助。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。