无阳极锂金属电池因其在电动汽车、无人机和下一代高性能电池领域的应用前景而备受关注，其能量密度远高于传统的锂离子电池。然而，其寿命短一直是商业化面临的一大难题。据外媒报道，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员突破以往需要频繁更换电解液的传统方法，仅通过电极表面设计就成功显著延长电池寿命。

图片来源：期刊《焦耳（Joule）》（2025）

由化学与生物分子工程系Jinwoo Lee教授和Sung Gap Im教授领导的研究团队，通过在电极表面引入厚度仅为15纳米（nm）的超薄人工聚合物层，从根本上解决无阳极锂金属电池最大的缺陷——界面不稳定性问题。研究结果发表于期刊《焦耳（Joule）》。

无阳极电池的工作原理

无阳极锂金属电池结构简单，仅使用铜集流体代替石墨或锂金属作为阳极。这种设计具有诸多优势，例如与传统锂离子电池相比，能量密度提高30%至50%，制造成本更低，工艺流程也更简化。然而，在初始充电过程中，锂会直接沉积在铜表面，迅速消耗电解液并形成不稳定的固体电解质界面膜（SEI），从而导致电池寿命急剧下降。

研究团队并没有改变电解液成分，而选择从根本上重新设计电极表面，从而解决问题。研究人员利用引发式化学气相沉积（iCVD）工艺在铜集流体上形成一层均匀的超薄聚合物层，发现该聚合物层能调节与电解液的相互作用，从而精确控制锂离子传输和电解液分解的路径。

在传统电池中，电解液溶剂分解后会形成柔软且不稳定的有机SEI层，导致锂沉积不均匀，并促进尖锐针状枝晶的生长。相比之下，本研究中开发的聚合物层不易与电解液溶剂混合，导致盐组分而非溶剂分解。因此，形成一种刚性且稳定的无机SEI膜，从而抑制电解液的消耗和SEI膜的过度生长。

机制及工业应用潜力

研究人员利用原位拉曼光谱和分子动力学（MD）模拟，揭示电池运行过程中电极表面形成富阴离子环境的机制，进而促成了稳定的无机SEI膜的形成。

该技术仅需添加一层薄薄的表面层，无需改变电解液成分，因此与现有制造工艺具有高度兼容性，且成本负担极低。尤其值得一提的是，iCVD工艺能够实现大面积连续卷对卷生产，使其适用于实验室以外的工业规模化生产。

Jinwoo Lee教授表示：“除了开发新材料之外，这项研究的意义还在于它提出了一种设计原则，展示了如何通过电极表面工程来控制电解质反应和界面稳定性。这项技术可以加速无阳极锂金属电池在下一代高能量电池市场的商业化应用，例如电动汽车和储能系统（ESS）。”