范淑櫻 編譯
鋰(Li)金屬電池係以鋰金屬做為負極之次世代電池，由於負極可以更薄，因此能量密度能提高至既有液類鋰離子電池(LiB)的2倍。雖然電池壽命較短被視為廣泛實用化的最大挑戰，但近來可望有助於延長壽命的研究成果已陸續發表。
矽粒子分散於鋰金屬負極
美國哈佛大學工程與應用科學學院(SEAS)的研究團隊開發了一款經過6,000次充放電循環仍可保持80%容量之鋰金屬電池(郵票大小的積層型)，且為使用固態電解質的全固態鋰金屬電池。
縮短鋰金屬電池壽命的最大要因在於鋰枝晶的生成。鋰離子在充電時從正極移動到負極，如同電鍍般附著於負極表面，且形成參差不均一的表面。而在放電過程中鍍層產生剝離，但表面越不平整，剝離過程所需時間就越長，以致下一次充電時可能形成孔洞等更不平整的表面。由於這些不均一性，促使枝晶會生長，進而降低電池容量甚至造成電池短路。SEAS研究團隊透過將微米級的矽粒子分散於鋰負極活性物質與……
藉由隔離膜抑制枝晶
東京都立大學衍生新創企業3DOM Alliance，利用自行開發的隔離膜「X-SEPA」積極推動延長鋰金屬電池使用壽命之研究開發。X-SEPA是由直徑約100~200 nm的空孔以六方最密堆積結構形成規則排列，空孔率高達74%的隔離膜，基材採用具400℃高耐熱性的聚醯亞胺(PI)。X-SEPA顯著的優點之一在於可以抑制鋰枝晶的發生、成長(圖一)。X-SEPA的空孔分佈非常均一，由於充放電反應在電極面內均一地進行，因部位而異的反應強度不易產生較大偏差，改善了負載特性、輸出特性，故較難以形成枝晶。且X-SEPA的內部孔洞為……
無空孔聚合物薄膜做為保護膜
Toray開發了一項離子傳導率為既有製品10倍之離子傳導聚合物薄膜(圖二)，利用於負極表面保護，將可望改善以鋰金屬為負極之電池壽命。在以正極、電解質、隔離膜組成的液態類鋰金屬電池評估實驗中，相對於未採用新聚合物薄膜在約40次充放電循環後發生短路，應用新聚合物薄膜的鋰金屬電池經過100次充放電循環後，容量保持率仍可達…
高強度聚合物凝膠電解質保護被膜
日本物質材料研究機構(NIMS)利用高強度的聚合物凝膠電解質，在鋰金屬負極上形成人工保護被膜，進而大幅地提升了鋰金屬電池的循環特性。
NIMS在以鋰金屬對稱電池(註)進行鋰溶解/析出的循環測試中，藉由導入聚合物凝膠電解質形成的保護被膜，實現了能夠承受1,000小時以上的長期循環。而未導入保護被膜的狀況下，大約200小時內即發生短路現象(圖三(a))。此外，在鋰金屬電池的放電容量評估中，有別於 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、有無導入凝膠電解質人工保護被膜之鋰對稱電池的長期循環狀態