近日，韩国蔚山国立科学技术大学(UNIST)下属的一个研究小组公布了一项新颖的表面处理技术，该技术能够延长锂金属电池(LMB)的使用寿命，同时降低其爆炸风险。

该研究团队由韩国蔚山科学技术大学材料科学与工程系的Hyeon Jeong Lee教授和Seung Geol Lee教授领导，并与庆北国立大学的Ji Hoon Lee教授团队合作完成。团队设计了一种气相反应方法，用于改性锂离子电池的电极表面。此方法会与锂(Li)金属上的原生钝化层发生化学反应，将其去除，同时形成稳定的保护性固体电解质中间相(SEI)层。相关研究成果已发表在《ACS Nano》杂志上。

锂金属电池以锂金属而非石墨作为阳极，因其高能量密度被视为下一代储能解决方案，有望使电动汽车的续航里程翻倍。然而，锂表面不稳定的原生钝化层会阻碍锂的均匀沉积，缩短电池寿命，且在充电过程中会促进枝晶生长，进而增加热失控和爆炸的风险。

研究团队创新性地采用氟烷基硅烷进行气固反应，成功去除了电池内部的原生氧化物和碳酸盐基钝化层，并形成了由氟化碳链和Si - O - Si网络组成的柔性、稳定的SEI膜，为锂离子的快速传输提供了有效屏障。

密度泛函理论(DFT)计算显示，新形成的界面层增强了锂吸附和解吸过程的可逆性，促进了更平稳的锂沉积和剥离。相反，原生钝化层会过度吸附锂离子，阻碍解吸，损害电池的循环稳定性。

Seung Geol Lee教授解释称：“此前关于锂金属沉积的研究大多仅关注吸附能，而我们的研究全面考虑了沉积和解吸过程，从而对电极的可逆性有了更深入的理解。”

精心设计的界面层可促进锂离子均匀流动，抑制枝晶生长并保持机械稳定性。这使得锂金属电极即使在标准碳酸盐电解液中也能可靠运行，无需添加任何添加剂。采用高容量NMC811正极(超过20 mg/cm²)进行的纽扣电池测试表明，其循环寿命是传统锂金属电极的两倍以上。

Hyeon Jeong Lee教授强调：“这项研究不仅去除了钝化层，还形成了一层保护性的、可渗透锂离子的涂层，无需依赖电解质添加剂即可实现长期稳定运行。该工艺可在相对较低的温度(约120°C)下运行，其可扩展的气固反应方法为实际应用开辟了广阔的可能性。”

据悉，这项研究由材料科学与工程系的第一作者Siwon Choi和Seongwook Chae负责开展。

更多信息：Siwon Choi等，《锂金属阳极战略表面工程：通过气固反应同时消除原生层并形成保护层》，ACS Nano (2025)。