鋰電池陽極材質膨脹難攻克 美中研發團隊各推出新辦法

據外媒報道，由于硅的能量密度較高，因此其成為了一款極具吸引力的鋰電池陽極材料。然而，在充電周期內，當電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達300%。而隨著時間的推移，它會分明降低電池的性能、短路、并最終導致電池報廢。為改進上述缺點并大體維持電池的能量密度，目前采用一氧化硅（SiOx,x≈1）來制作鋰電池的陽極。

硅基氧化物陽極的使用

硅基氧化物的可逆比容量（reversiblespecificcapacity）較高，循環性能也有所提升。然而，該材質仍不可戒備地出現體積改變，且導電性弱。目前已開展了大量的研究工作，旨在應對上述技術難題。如今，我國和美國的研究團隊各自發表了研究結果，找到了兩種新的改進辦法。

美國團隊的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳復合物

肯塔基大學（UniversityofKentucky）研究團隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質素（Kraftlignin）混合后，合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復合物（binder-freeSiOx/C），用于制作鋰電池的電極。經熱解決后，木質素形成一種導電體（conductivematrix），可容納大量的硅基氧化物顆粒，確保電子導電率（electronicconductivity）、連接性、適應鋰化/脫鋰反應（lithiation/delithiation）期間的體積變動。該材質無需采用常規的粘合劑或導電劑。

該復合材質制作的電極的性能表現極為出色。相較于體積變化率相對較小的硅基氧化物電極（160%）而言，其機械電化學性能較為出色，木質素碳素矩陣（carbonmatrix）的彈性較大，可適應體積變動。

我國團隊的研究的成果：微型SiOx/C芯殼（core–shell）復合物

我國研究團隊則研發了一款高效的處理辦法，制備微型SiOx/C芯殼（core–shell）復合物。該研究團隊將檸檬酸（citricacid）與經球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，隨后就獲得了一款質地平均的SiOx/C芯殼復合物——SiOx微芯與檸檬酸碳殼（conformalcarbonshell）。

碳殼大幅提升了硅基氧化物的電導率，緩和了適應鋰化/脫鋰反應期間的體積變化。采用SiOx/C復合物制作的電極，其可逆比容量為1296.3mAh/g，庫倫效率（coulombicefficiency）高達99.8%，充放電200次后，容量保持率在65.1%（843.5mAh/g）。

據該研究團隊透露，該復合物的放電效能極為出色，該辦法可實現批量加工，具有成本效益，可大批量加工由SiOx/C復合物制作的高性能陽極材料

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