盖世汽车讯 若要开发单次充电续航时间更长的电池，就必须在相同的体积和重量限制下储存更多能量。

据外媒报道，由韩国化学研究院（Korea Research Institute of Chemical Technology，）San Moon 博士和 Jungdon Suk 博士领导的研究团队，首次通过引入石墨相氮化碳（g-C3N4）作为正极添加剂，开发出了一种干法厚膜正极技术。该添加剂能增强电解液的润湿性，使电解液更有效地渗透进电极内部，同时降低锂离子向正极活性材料迁移所需的能量。这项研究是与首尔大学（Seoul National University）、延世大学（Yonsei University）等韩国国内高校以及全球科学仪器公司赛默飞世尔科技韩国分公司（Thermo Fisher Scientific Korea）合作开展的。

图片来源：KRICT

增加电池电极的厚度，既能容纳更多用于存储电能的活性物质，又能减少所需的集流体和隔膜的相对用量。这种方法有利于制造高能量密度的电池（即能够存储更多能量的电池），例如专为长续航电动汽车设计的大容量电池。然而，随着电极厚度增加，锂离子向电极深处迁移的速度会变慢，从而引发类似“锂离子交通拥堵”的现象。结果，电化学反应集中在电极表面附近，导致难以充分利用电极内部存储的能量。

传统的电池电极多采用湿法工艺制造：即将正极活性物质、粘结剂及其他组分与溶剂混合，涂覆在集流体上，随后进行干燥处理。然而，随着电极厚度增加，粘结剂可能会在干燥过程中向电极表面迁移，导致电极内部各组分分布不均。干法电极制造工艺无需使用溶剂和干燥步骤，从而缓解了上述问题。尽管如此，该工艺仍未能彻底解决因电极加厚而导致的锂离子迁移阻力增加的问题。

研究团队通过在电极内部使用多孔石墨相氮化碳（g-C3N4）作为“锂离子引导剂”来应对这一挑战。g-C3N4添加剂表面的氮原子通过形成瞬态锂-氮（Li–N）键，能够暂时捕获并释放流经的锂离子。这一过程犹如在大楼内部设置了中转枢纽，有助于锂离子脱去周围的电解液溶剂分子，从而更顺畅地进入正极活性材料中。

结果显示，锂离子电荷转移所需的活化能降低了56%，从49.8 kJ/mol降至22.1 kJ/mol。同时，g-C3N4的多孔结构增强了电解液的润湿性，促进了锂离子在整个电极内的均匀分布。

这种厚度约为 68 μm、含有 0.5 wt% g-C3N4 的干法厚膜电极，在 3C 高放电倍率下，其放电容量从 58.8 mAh/g 提升至 156.2 mAh/g，增幅达 165.9%；其功率密度也提升了多达 2.85 倍。在软包全电池测试中，经过 600 次充放电循环后，不含添加剂的电极容量保持率为 72.9%，而含有 g-C3N4 的电极则提高到了 81.3%。

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然而，研究人员发现，增加 g-C3N4 的含量并不一定能带来更好的性能。由于 g-C3N4 导电性较差，过量添加会增加电极的电阻。此外，压缩后的电极随时间推移会发生部分回弹（即“回弹效应”），这使得内部离子传输路径变得更加曲折。因此，该团队指出，要优化电化学性能，必须综合考量添加剂含量、其在电极中的分布位置以及电极的孔隙结构。

干法电极制造技术通过省去溶剂干燥与回收工序，在降低制造成本、能耗及生产占地面积方面具有巨大潜力。然而，本研究并未直接测量实际的量产良率或制造成本的具体降幅。