文｜DT新材料  

近日，日本物质材料研究机构（NIMS）与软银、OHARA联合开发出了可抑制锂空气电池劣化的技术，大大改善了电池的循环性能。

图片来源：NIMS

该团队早前于2021 年研发出单位重量能量密度达 500Wh/kg的锂空气电池，但是循环寿命仅达 10 次就会导致容量骤降，缺乏较大的应用价值。

经过研究发现，这是由于负极锂恶化减少导致。对此，本次研究人员在锂空气电池间加入了6μm的固体电解质负极保护层。经过多次改进，应用该膜的锂空气电池具有20次以上循环次数能量密度达400瓦时/kg，是传统锂离子电池的两倍左右。

6μm厚的固体电解质膜 图源：NIMS

锂空气电池是正极与空气中氧气反应、负极使用锂的新一代电池，具有可充电电池中最高的理论比能量（3,458 Wh kg-1），被认为是最有希望的下一代电池技术之一。

该电池工作时，负极的Li被氧化为Li+，正极的O2则被还原，从而产生电流。与传统锂离子电池相比，锂空气电池单位重量的能量密度有望提高到数倍。

Li空气电池反应途径 图片来源：Science

虽然锂-空气电池性能迷人，但目前仍存在很多问题。

首先，高度可逆的循环反应是二次电池实用的最关键要求之一，对比商用电池动辄上千的循环次数，锂空气电池仅数十次的循环水平距离实用还差几个数量级。

近期前沿研究中锂空气电池循环次数对比

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.10.008

此外在比容量方面，对比锂硫电池正极活性物质占比50%-70%，锂离子的90%以上，文献中锂空气电池目前的活性物质在已放电电极总质量中的占比仍需提高。

在电流密度方面，商用锂离子电池能在0.5-2.0 mA cm-2的电流密度下拥有80%-97%的能量效率，商用铅酸电池的能量效率稍低，通常为75%-80%。相比之下，锂空气电池的能量效率普遍在80%及以下。

此外在实际应用中，还需要解决CO2和H2O等污染物的问题、电解液的挥发问题、以及上述锂负极保护问题等等。

锂空气电池实用化所面临的挑战

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.10.008

针对上述问题，锂空气电池目前在电池结构、电池催化剂、气体传输、固态电解质方面等仍需要进一步的研究。对比现阶段成熟的三元锂和磷酸铁锂电池来说，锂空气电池距离商业化仍还有很长的距离。

本次研究的合作者——软银，作为全球最大的投资机构之一，近年来在新能源方面大力下注，以软银中国为例，近年来，软银中国在三电系统方面投资了中创新航、辉能科技、华霆动力等；在汽车半导体方面，则布局了中芯绍兴、飞恩微电子、超芯星等。除此之外，在智能驾驶、智能座舱领域，也都有涉猎。

Ohara则成立于1935年，是全球领先的光学玻璃制造商之一，主营光学玻璃，玻璃陶瓷，抛光基片等材料，供货佳能、京瓷、奥林巴斯、拓普康等巨头，本次为该项研究提供部分原料和技术支持。

信息来源：NIMS，DT新材料整理