鋰金屬電池因具備遠(yuǎn)超傳統(tǒng)NCA鋰離子電池的能量密度優(yōu)勢，被業(yè)界視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的核心方向。然而，這類電池在商業(yè)化進(jìn)程中始終面臨循環(huán)壽命過短的瓶頸——其充放電次數(shù)通常不足百次，這一缺陷直接源于金屬鋰負(fù)極表面難以控制的枝晶生長現(xiàn)象。

三星SDI與哥倫比亞大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)近日宣布，在電解質(zhì)材料領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破。通過開發(fā)新型凝膠聚合物電解質(zhì)，團(tuán)隊(duì)成功抑制了鋰枝晶的形成機(jī)制。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用該技術(shù)的電池在保持1.6倍于傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度的同時(shí)，循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)提升，安全性指標(biāo)也達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

枝晶問題長期困擾鋰金屬電池研發(fā)領(lǐng)域。在充放電過程中，鋰離子在負(fù)極表面不均勻沉積會(huì)形成樹枝狀晶體，這些晶體可能刺穿隔膜導(dǎo)致短路，甚至引發(fā)電池?zé)崾Э亍４饲把芯慷嗑劢褂谖锢碜韪艋螂娏髅芏日{(diào)控，但難以兼顧效率與穩(wěn)定性。此次突破性成果通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電解質(zhì)在鋰金屬表面形成動(dòng)態(tài)保護(hù)層，從根本上改變了離子遷移路徑。

據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，新型電解質(zhì)采用三維交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既保持了離子傳導(dǎo)所需的柔性通道，又通過化學(xué)鍵合作用限制了鋰離子無序沉積。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)使電池在經(jīng)歷數(shù)百次充放電循環(huán)后，仍能保持初始容量的85%以上，遠(yuǎn)超現(xiàn)有鋰金屬電池產(chǎn)品的性能標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)專家指出，該技術(shù)突破為高能量密度電池的商業(yè)化應(yīng)用掃除了關(guān)鍵障礙。隨著電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能市場對(duì)續(xù)航里程要求的不斷提升，鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有望因此加速。三星SDI表示，正在推進(jìn)相關(guān)專利布局，并計(jì)劃與汽車制造商合作開展實(shí)車測試。