港初創新技術延長固態鋰電池壽命

【明報專訊】固態電解質鋰電池被視為明日之星，但由於它的負極材料改為鋰金屬，令「鋰枝晶」現象縮短鋰電池壽命的問題更加棘手，至今也未能完全解決。有本地初創企業就研究出一種低成本的處理方法，可以顯著減慢「鋰枝晶」形成，令充放電次數增加五成或以上。

明報記者 薛偉傑

織鋰新能源有限公司（Li-Tex Company Limited）創辦人兼首席執行官胡希韜博士、材料研發科學家何震博士指出，固態電解質鋰電池的能量密度比液態電解質鋰電池高得多，其實和電解質關係不太大（固態電解質的優點主要是比液態電解質安全得多），主要是因為它將負極材料由石墨轉變為鋰金屬（通常以鋰箔的形式出現）。

負極改用處理後鋰箔

「鋰枝晶」形成速度減慢

但在其放電和充電循環中，鋰離子在鋰金屬負極表面的剝離和重新沉積很不平均，容易形成「鋰枝晶」（Lithium Dendrite）（即是樹枝狀的金屬鋰），大大限制了固態電解質鋰電池的壽命（充放電次數），甚至有可能會引致短路。這個問題至今也未能完全解決。而鋰離子在鋰金屬負極表面的剝離和重新沉積之所以會不平均，其實是因為鋰金屬負極表面的「鋰晶粒」（「鋰晶粒」由多個鋰原子堆積構成）的自然排列方式十分混亂，「110織構」、「100織構」、「111織構」等多種排列方式都有。胡希韜在攻讀博士課程以及當博士後研究員合共6年間研發出來的處理技術，就是要令整片鋰箔（包括表面）的「鋰晶粒」滑移和旋轉，變成排列方式全部一致，從而令鋰金屬負極表面的鋰離子的剝離和重新沉積比較平均，顯著減慢「鋰枝晶」現象的形成。胡希韜表示，公司的處理技術，可以令整片鋰箔的「鋰晶粒」的排列方式全部變成「110織構」、「100織構」或者「111織構」中的任何一種。但根據測試，以全部變成「110織構」減慢「鋰枝晶」形成的效果最好，相對於使用普通未經任何處理的鋰箔（該公司稱之為「無織構」鋰箔），可以令固態電解質鋰電池的壽命延長約五成或以上。例如，若使用普通「無織構」鋰箔作為負極材料，固態電解質鋰電池可以充放電220次的話；那麼改用經過該公司處理、變成「110織構」的鋰箔作為負極材料，就可以令充放電次數增加到大約350次。相對於處理鋰箔的成本，這應該十分划算。

電池壽命延長五成或以上

胡希韜又透露，要令整片鋰箔的「鋰晶粒」的排列方式統一，可以使用好幾種性質截然不同的技術方案。但該公司選擇了金屬冶煉行業處理銅、鋁和「單晶硅」常用的「壓延法」，因為它已有超過100年歷史，成熟度高，設備和處理成本又較低。簡單來說，這就好像同時對鋰箔施加剪切力（Shear）和壓力。

獲49屆日內瓦國際發明展金獎

他承認，以這種技術處理鋰箔有限制，鋰箔的厚度只限在100微米以下。但對於固態電解質鋰電池來說，這個限制可以忽略不提，因為其負極使用的鋰箔是愈薄愈好，現時絕大部分的厚度都在50微米以內。

由於最初幾年埋首研究，胡希韜要到2023年11月10日才正式成立公司。在2024年4月份的「第49屆日內瓦國際發明展」中，公司的方案即獲頒一個金獎。今年公司又進入「中國國際大學生創新大賽2025」的全國總決賽，取得一個金獎，兼且認識了一些潛在投資者。

不過，織鋰新能源成立以來，暫時最大的外部投資者仍然是「創科香港基金會」（Hong Kong X Foundation），在比較早期以200萬元入股。現時，公司在美國、內地和香港，都已取得1項專利。另外還有兩項專利正在申請中，預料今年底有機會獲批。

日報新聞-相關報道：

定位鋰箔加工企業 料明年底前小量生產 (2025-11-06)