锂迁移速度提升 24 倍、900 小时稳定运行获验证……面向电动车与 ESS 的下一代电池离商业化更近一步
一直被誉为下一代电动车电池“终极形态”的锂金属电池，在迈向商业化的最后关口屡屡受阻，其最大原因是负极不稳定，尤其是枝晶形成问题。韩国国内研究团队提出了一项仅用 2 分钟工艺即可解决这一难题的技术，并通过实验验证了在同时满足高速充电和长寿命的前提下实现锂金属电池的可能性。
光州科学技术院(GIST)9日表示，新材料工程学系教授 Eom Gwangseop 研究团队通过反复施加短电脉冲的电化学脉冲工艺，开发出一项在 2 分钟内构建锂金属电池负极界面的技术。其核心在于，无需复杂工艺或结构改造，即可同时提升锂的迁移性与稳定性。
锂电沉积阶段示意图。采用脉冲电化学沉积制备的 SCN 集流体在初始充放电过程中，同时形成以锂-锡合金和无机组分为主的稳定 SEI，使锂离子均匀扩散，实现无枝晶沉积。研究团队提供
View original image2 分钟工艺完成负极界面……正面突破锂金属电池最大难题
研究团队在作为电池负极集流体使用的铜(Cu)表面，以原子尺度极微量引入锡(Sn)，构建出了比头发丝还要细的锡掺杂铜纳米线前驱体(SCN)结构。这一纳米结构可引导锂金属不再集中沉积于特定位置，而是均匀堆积，从而有效抑制枝晶生长。
尤其是在充电初期，该纳米结构会自然转化为固体电解质界面(SEI)，由此形成一条可让锂离子快速且稳定迁移的通道。结果显示，锂离子迁移速度相比传统铜界面提升了约 24 倍。
在 480 次高速充放电后仍保持 98.2% 容量……验证应用于 EV·ESS 的可能性
采用这一界面结构的锂金属电池在 900 小时以上的运行中保持了稳定工作状态；在应用磷酸铁锂(LFP)正极的全电池测试中，即便在 1 小时内完成充放电的条件(1.0C)下循环 480 次后，仍保持初始容量的 98.2%。这表明即使在高速充电环境下，其寿命几乎没有衰减。
这意味着锂金属电池已经开始从实验室阶段迈向满足电动车(EV)和能源存储装置(ESS)等实际产业现场要求的水平。特别是由于工艺时间控制在 2 分钟以内，可直接套用现有电池生产线，因此被评价为具有较高商业化潜力。
Eom Gwangseop 教授表示：“此次研究的意义在于，证明了可以仅通过电化学界面设计解决一直被视为锂金属电池商业化最大难题的枝晶问题”，并解释称：“通过简单工艺同时实现高速充电与长寿命，是一项可直接应用于实际电池生产工艺的实用技术。”
本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的支持下完成，研究成果已于上月 29 日在线发表于国际学术期刊 Energy Storage Materials。GIST 表示，正以产业化应用为目标，就该技术推进技术转移协商。
锂金属电池曾一度仅被视作下一代电池的“可能性”，而如今已开始同时满足工艺、性能与寿命三大条件，因此此次成果被评价为电动车电池技术转型的分水岭。
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