研究人员提出使用锡基材料作为全固态锂离子电池的优质阳极
发表在《焦耳》杂志上的一项研究介绍了固态电池（SSB）的新型阳极材料。这项研究由韩国电工技术研究所（KERI）与金乌国立技术学院和仁荷大学合作进行。固态电池已用固体电解质取代了在阳极和阴极之间传输离子的易燃液体电解质，大大降低了火灾或爆炸的风险。然而，由于固态电池的“固体”性质，需要更先进的技术，例如确保充电和放电过程中的电化学机械稳定性。
尤其是负极材料，对电池的充电速度和寿命影响巨大，因此材料的选择至关重要。目前，锂金属是研究最为广泛的固态电池负极材料。然而，锂金属反复充电放电会导致枝晶生长，锂会在表面以树状结构生长。这种现象会导致内部短路，威胁电池的寿命和稳定性。
除了锂金属外，硅阳极材料也可用；然而，它们面临着一些挑战，包括低电子和离子电导率，以及体积膨胀引起的裂纹。
此次KERI与大学团队提出的负极材料为锡（Sn）基合金材料，具体为FeSn2 。研究团队通过详细的力学性能分析发现，FeSn2在反复充放电过程中，由于复合反应而呈现粒径减小的特性。
这证实了在SSB中，内部固体颗粒之间的接触能够维持较长时间，从而形成致密均匀的电极。即使在有外界刺激的环境中，FeSn 2也表现出较高的弹性和变形能，保证了良好的电化学稳定性，不会开裂。
示意图和扫描电子显微镜 (SEM) 图像显示了 FeSn 2阳极材料在 SSB 循环过程中的反应行为。图片来源：韩国电工技术研究所
研究团队开发了测试 SSB 全电池来验证该技术，采用 FeSn 2阳极、NCM622（镍 6、钴 2、锰 2 组合）阴极和硫化物固体电解质（Li 6 PS 5 CI）。结果实现了 15.54 mAh/cm 2的面积容量，比传统锂离子电池高出五倍。
此外，在三分钟（20C电流密度）和六分钟（10C 电流密度）条件下进行了超过 1,000 次高倍率充电和放电循环，容量保持率超过 70-80%。
此外，研究团队将 FeSn 2阳极应用于原型软包电池，评估了其在 SSB 中的性能。记录的能量密度高达 255 Wh/kg 以上，证明了其商业潜力。
利用 FeSn 2阳极材料的 SSB 的电化学性能和能量密度。图片来源：韩国电工技术研究所
韩国科学技术研究院下一代电池研究中心主任 Yoon-Cheol Ha 表示：“我们的成果意义重大，因为它摆脱了传统上对固态电池阳极材料研究侧重于锂金属和硅的模式，展示了锡基合金阳极材料的巨大潜力。”
此外，金乌国立科技大学的朴哲民教授也表达了自己的雄心，他表示：“通过开发超越现有限制的稳定高性能阳极材料，我们旨在为不可燃 SSB 的商业化做出贡献。”
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