科大研「仿生軟骨納米塗層」 延長鋰電池壽命 千次充放電仍保高容量

香港文匯報訊（記者 莫楠）鋰離子電池廣泛應用於智能電話、電動車及各類電子產品。隨着全球對高能量電池需求與日俱增，高鎳正極材料被視為電池發展重要方向。香港科技大學帶領研究團隊近日在電池儲能技術上取得重大突破，以人體軟骨為靈感，研發出創新的「仿生軟骨納米塗層」，可從源頭有效抑制電池正極物料老化與損耗。新技術不僅讓電池在經歷千次充放電後仍維持極高容量，更為下一代高穩定性鎳基鋰電池產業應用開闢嶄新路徑，有望大幅延長智能電話及電動車電池壽命。研究已於國際頂尖學術期刊《自然—納米技術》發表。

高鎳正極材料在充電及放電的過程中，會因為鋰離子的頻繁嵌入及脫出，而導致體積變化，並產生顯著的內部應力，繼而導致「晶間開裂」（intergranular cracking），長遠影響電池容量和使用壽命。

為解決此難題，由科大化學及生物工程學系講座教授陳國華帶領的研究團隊，從人體關節軟骨組織獲得靈感。人體軟骨能改變形態分散外來應力，保護骨骼免受損傷。團隊將此機制應用於電池納米設計，研發出兼具強度及變形能力的聚合物塗層p(BA-V4D4)，並透過「引發式化學氣相沉積」（iCVD）先進技術，在電池初級顆粒表面沉積一層厚度約14納米、均勻覆蓋的聚合物層，為電池脆弱的內部晶界建構如人體軟骨般具緩衝作用的保護層，從而維持電池長時間循環穩定性。

論文共同通訊作者、博士劉強解釋，團隊利用柔性固體應變所產生的應力局域化機制，成功抑制「晶間開裂」。團隊對電池聚合物結構進行精準設計，在柔韌性與強度之間取得平衡。利用團隊研發的iCVD技術，可將納米塗層融入寬度僅10至20納米、深度達4,000納米的狹窄晶界通道內，發揮有如人體軟骨般的反覆緩衝功用。

論文共同第一作者劉雨桐表示，傳統方法無法深入正極物料晶界，亦難以精準調控聚合物機械特性。iCVD技術則能將反應物無縫傳輸至這些邊界，並形成保護塗層。團隊已成功將此技術應用於高鎳三元及商用磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料上，充分展示其廣泛應用潛力。

展望未來，陳國華表示，團隊正研究把有關技術應用於固態電池，並進一步解決高能量密度與安全性之間的關鍵技術挑戰。另外，團隊亦正積極將技術量產，以實現1,000公斤級別塗層顆粒量產為目標，支援3C電子產品、電動車及電動垂直起降飛行器（eVTOL）等領域的產業應用。