新一代负极材料锂金属因克服了商用电池的性能局限而备受关注。然而，锂金属固有的问题导致电池寿命缩短，火灾风险增加。韩国科学技术院（KAIST）的研究人员取得了一项世界级的突破，仅用水就能将锂金属阳极的寿命延长约750%。

　　韩国科学技术院（KAIST）（李光亨校长）2日表示，与亚洲大学材料科学与工程系教授金一斗（音译）合作，利用环保中空纳米纤维作为保护层，成功地稳定了锂的生长，并显著提高了下一代锂金属电池的寿命。

　　传统的保护层技术需要在锂金属表面涂上一层涂层，以便与电解质形成人工界面，这种技术依赖于有毒的工艺和昂贵的材料，对锂金属阳极寿命的改善有限。

　　<图1。新开发的环保静电纺丝保护膜的制作工艺示意图

　　为了解决这些限制，金教授的团队提出了一种中空纳米纤维保护层，可以通过物理和化学手段控制锂离子的生长。这种保护层是通过环保静电纺丝工艺制造的，以植物中提取的瓜尔胶为主要原料，水为唯一溶剂。

　　静电纺丝工艺：一种将聚合物溶液置于电场作用下，产生直径从几十纳米到几微米的连续纤维的方法。

　　**瓜尔胶：从瓜尔豆中提取的天然聚合物，主要由单糖组成。其氧化官能团调节与锂离子的相互作用。

　　纳米纤维保护层有效地控制了电解质与锂离子之间的可逆化学反应。纤维内部的中空空间抑制了锂离子在金属表面的随机积累，稳定了锂金属表面与电解质之间的界面。

　　结果，与传统的锂金属阳极相比，具有该保护层的锂金属阳极的寿命增加了约750%。在300次充放电循环后，电池的容量仍保持在93.3%，达到了世界一流的性能。

　　对锂枝晶的理化控制

　　研究人员还证实，这种天然保护层在土壤中大约一个月就会完全分解，证明了它在整个制造和处理过程中的环保性。

　　Il-Doo Kim教授解释说：“通过利用物理和化学保护功能，我们能够更有效地引导锂金属和电解质之间的可逆反应，并抑制枝晶生长，从而使锂金属阳极具有前所未有的寿命特性。”

　　对锂金属电池全电芯性能的影响

　　他还表示，“随着电池需求量的增加，电池生产和处理过程中产生的环境负担日益严重，这种具有生物降解特性的水基制造方法将对下一代环保电池的商用化做出重大贡献。”

　　<图4。新开发的保护膜>具有优异的分解率

　　该研究由毕业于韩国科学技术院材料科学与工程系的李智永博士（现为亚洲大学化学工程系教授）和宋hy不明博士（现为三星电子公司教授）领导。该研究结果作为封面文章刊登在了21日出版的《先进材料》第36卷第47期上。

　　（论文题目：“用可持续和环保的人工SEI层克服锂金属阳极的化学和机械不稳定性”）

　　该研究得到了KAIST-LG能源解决方案前沿研究实验室（FRL）、贸易、工业和能源部资助的炼金术士项目以及科学和信息通信技术部的顶级研究支持计划的支持。