盖世汽车讯 据外媒报道，由韩国电气研究院（Korea Electrotechnology Research Institute，KERI）电池材料与工艺研究中心的Nam Ki-Hun博士领导的研究团队成功开发出纳米锡（Sn）层间控制技术，用于解决锂金属阳极与固体电解质之间的界面不稳定性问题。界面不稳定性是全固态电池商业化的关键障碍，而全固态电池通常被誉为下一代电池。

相关研究成果发表于期刊《Advanced Energy Materials》。

图片来源：KERI

全固态电池因其显著降低的起火风险而被誉为“理想电池”。通过用锂金属取代传统的石墨阳极，全固态电池的能量密度得到提升，但仍存在一个关键的技术挑战。

“界面电阻”源于固体电解质与电极材料之间不稳定的物理接触，从而阻碍了离子的有效传输。此外，锂在反复充放电循环过程中会产生树枝状结构，称为枝晶，这会缩短电池寿命。

实验室一直以来都依赖于利用数十兆帕（MPa）的高外部压力或复杂且昂贵的涂层方法来稳定界面。然而，当将这种高压系统应用于实际的电动汽车等设备时，其带来的益处可能会被抵消，因为加压系统本身的重量可能超过电池。

因此，制造成本的大幅增加和车辆内部空间利用率的降低，对全固态电池技术的商业化构成了关键障碍。

新型纳米锡中间层技术

为了应对这一挑战，KERI开发了一种由纳米锡粉（纳米Sn）构成的薄中间层。纳米锡粉具有很强的锂亲和力和存储能力。研究人员通过转移印刷工艺将该中间层压印到锂金属阳极表面。该中间层通过降低界面电阻来减少对锂金属的物理损伤，同时还能作为离子传输通道，显著降低电池的整体电阻。

研究团队将这项技术应用于软包电池，即使在2MPa的低压下，经过500次循环后容量保持率仍超过81%。此外，该电池的能量密度超过350Wh/kg，超越了传统锂离子电池（150–250Wh/kg）。

这项研究成果凸显了全固态电池在不增加系统重量或成本的情况下最大限度提升性能的潜力。

该研究是与KERI下一代电池研究中心的新锐研究员Kim Youngoh博士合作完成的。研究团队利用基于第一性原理计算的模拟，阐明了锡基合金如何控制锂离子传输并降低界面电阻，其作用深入到原子和电子结构层面。

该研究成果不仅体现在实验结果上，更通过运用先进的理论和计算能力，清晰地展示了设计下一代电池材料所需的科学原理。

对商业化的影响

Nam Ki-Hun博士指出：“这项研究意义重大，因为它确保了全固态电池商业化所需的两个关键因素——大面积可扩展性和界面稳定性，同时还提出了一种切实可行的解决方案。我们将继续努力，进一步完善这项技术，使其适用于实际生产工艺，从而成为未来依赖高性能电池的产业的关键推动因素，其中包括电动汽车、类人机器人和储能系统（ESS）。”

共同通讯作者兼项目负责人Ha Yoon-Cheol博士强调：“全固态电池是全球电池技术领先地位竞争的核心。这项研究成果代表着在技术自主和确保竞争优势方面取得了实质性进展，并将极大地增强韩国未来的战略技术能力。”