美研发全新固态电解质界面材料 有望让锂电池性能与寿命翻倍

许多科学家都正绞尽脑汁，希望让锂离子电池性能与寿命更上一层楼，近日美国宾夕法尼亚州立大学则推出全新的电池结构，将有望让锂电池性能与寿命翻倍成长。

锂电池主要由电极、电解质与隔离模块成，锂离子首先会从正极出发，经过电解质最后抵达阴极，而在电池首次充放电池，电极与液态电解质之间会形成固态电解质特性的钝化层，其名为固态电解质界面（SEI）。

SEI拥有双重身分，为电子绝缘体同时也是锂离子的优良导体，而该薄膜可保护电池、避免发生有害反应，并让锂离子在电极跟电解质之间来回穿梭，对锂离子电池性能来说，SEI可说是关键要点，若SEI性能不佳，电池会存有许多问题。

一旦SEI开始衰退，成堆问题便接踵而来，像是在多次充放电之后，锂电极就容易沉积不均匀并长出枝晶，进而造成电池容量损失、充放电效率降低或是刺穿绝缘层，最终导致电池起火。

对此，宾夕法尼亚州立大学团队决定用聚合物复合材料打造新型SEI，他们结合聚合锂盐、氟化锂纳米粒子和氧化石墨烯片，希望可打造性能超群的长寿防爆锂电池。

团队指出，若要提升锂界面稳定性，需要非常精细、达到分子水平的技术，而新型聚合物复合材料除了会在锂金属表面形成钩状键，还会以被动方式提供能量，这样一来材料就不会跟电解质分子起反应，再加上纳米片也具有隔离作用，使锂电极难以形成晶枝。

宾夕法尼亚州立大学机械与化学工程教授DonghaiWang指出，透过全新的SEI膜，团队将有望让锂电池的能量密度翻倍成长，与此同时大幅提升其寿命与安全性。

先前阿贡国家实验室与丹麦哥本哈根大学、德国慕尼黑工业大学和BMW集团也一同着手研究SEI，并成功解开常见化学物质氟化锂的运作机制，该研究指出，电池在充电过程中会产生氟化氢电化学反应，从电解质转变成固态氟化锂并生成氢气，而这类反应皆高度依赖石墨、石墨烯和金属等电极材料，显然电池催化剂的重要性相当高。

而不管是宾夕法尼亚州立大学团队还是阿贡国家实验室团队，这些科学家皆认为，假如可深入了解SEI薄膜的化学性质与独立成分规则，就可进一步提升电池效率，而未来这些科学家是否能成功以新型SEI薄膜为锂电池带来新气象，还需要持续的研发与实验。