科大研發嶄新鋰金屬電池動態集成技術

香港科技大學（科大）研發嶄新的鋰金屬電池動態集成技術，透過重新建構電池結構，有效提升「無負極鋰金屬電池」的能量密度與穩定性。採用此技術設計的電池能量密度可高達467 Wh kg^-1，媲美傳統商用電池。另外，相關技術設計的紐扣全電池在通過200次充電循環測試後，仍能保持90%容量。研究為開發更輕便、更耐用的電池開拓新的研究路徑。

研究由科大張英燦能源工程及環境學教授、化學及生物工程學系系主任兼講座教授邵敏華教授帶領，團隊成員包括科大化學及生物工程學系博士後研究員陳雲逸博士（第一作者）、路思齊博士、前博士後研究員錢希堂博士、博士畢業生呂宇翔博士、博士生邱一璨、周思宇及蘭心儀。研究成果已於國際研究期刊《自然通訊》上發表，題為「動態集成界面工程實現高穩定性準固態初始無負極鋰金屬電池」。

鋰金屬具高容量及高供電效率的優點，被視為未來電池中極具開發潛力的物料之一。其中，開發「無負極電池」是鋰金屬電池的研究方向之一，而「無負極電池」需採用「裸銅」（Cu）集流體取代傳統的鋰金屬負極，從而有效提升能量密度並簡化製造工藝。不過，由於銅物料具有「疏鋰」（Lithiophobic）特點，鋰物料在充電時無法均勻平鋪，容易出現枝晶生長，影響安全性。此外，電池自發生成的固體電解質界面層（Solid Electrolyte Interphase，SEI）穩定性較差，導致電池循環壽命表現不理想，壽命較短。

為解決此技術瓶頸，研究團隊在電解質中引入了由銀離子與陰離子組成的銀基多功能引發劑「AMI」，AMI可以在電池上發揮多項協同功能，包括有效結合鋰金屬與銅物料，從源頭防止尖銳枝晶的產生；釋放出的陰離子引發電解質聚合，形成準固態凝膠，改善電池內部接觸；AMI促進在電池內形成一層「富含有機物內層」（organic-rich inner layer，OI）和「富含無機物外層」（inorganic-rich outer layer，IO）的OI-IO SEI膜，有效實現快速的鋰離子傳輸，大幅提高電池穩定性，更有助抑制枝晶的生長，確保安全性。

研究通訊作者邵敏華教授表示：「此研究的關鍵不僅在於添加銀鹽或聚合引發劑，而是在電池組裝完成後，透過控制AMI的多重功能，在整合電池的過程中實現集流體改性、構建陰離子衍生的溶劑化結構，以及形成OI-IO SEI膜，進一步提升鋰金屬電池能量密度，延長循環壽命，為研發次世代的電池奠定更堅實的基礎。」