淺析新材料可使鋰電池負極容量提高7倍

得克薩斯大學奧斯汀分校(UniversityofTexasatAustin)的研究人員開發出一種可升級的化學辦法，可以合成鍍銅氫化非晶硅微粒(A-Si：hydrogenatedamorphoussilicon)，采用的是多元醇(polyol)還原法，這種微粒可用作鋰電池負極材料。氫存在于氫化非晶硅微粒中，有利于銅粒子成核;今朝發現，氫化非晶硅微粒中的氫含量會顯著影響氫化非晶硅微粒上的銅沉積量。

高辨別率界面光譜電化學研究采用原位拉曼光譜，說明銅涂層在氫化非晶硅上的用途。

有一篇論文發表在美國化學學會(ACS)三月八日的《材料化學》(ChemistryofMaterials)雜志上，題為《銅涂層非晶硅粒子用作鋰電池負極材料》(Copper-CoatedAmorphousSiliconparticlesasanAnodeMaterialforLithium-IonBatteries)，他們報告說，氫化非晶硅微粒上的銅涂層的用途是，(1)加強電荷轉移應力，降低電荷轉移電阻;(2)實現高度可逆的更高的電荷儲存容量;(3)更好地耐受循環中的體積膨脹和收縮過程。

他們已經探索過不同的辦法，用于處理體積膨脹和收縮的問題，這一問題出現于硅陽極的鋰化(lithiation)和脫鋰(delithiation)。有一種辦法是使用納米結構材料，如納米晶體，納米線，納米管或納米棒，等等，不幸的是，在加工這些材料時，很難實現合理的成本，也難以達到所需的大宗數量，以進行實際使用。此外，縮小硅的尺寸以及尺寸的差異性，還不足以有效地抑制詳盡的體積變化，或減少粒子之間的集中。

還有一種辦法也可以提高硅的穩定性，就是與其他韌性材料形成合金，用于減輕體積膨脹，或使用納米尺寸的材料，平均分散在緩沖矩陣(buffermatri)中。融入緩沖材料是有利的，因為它們會減輕體積膨脹，也會減少循環過程中的斷裂。通常情況下，碳材料已用作一種緩沖材料，用于不同的結構配置。然而，在上述所有的辦法中，應當留意，很好理解的是，離子和電子電荷轉移動力學要怎么樣受到影響，也就是受硅納米結構緩沖劑的影響，也很好理解，可逆性容量的大量損失到底是因為硅材料本身，還是因為緩沖矩陣，這些矩陣使活性物質結合在一起。

晶體硅的電化學鋰化和脫鋰會導致非晶化，但只是在幾個周期中是這樣，一些研究探討使用非晶硅，用于鋰電池，因為使用晶體硅沒有優點。非晶硅有其他的潛在優點，勝過晶硅，因為它可預測的體積膨脹更小，鋰離子擴散長度更短，電荷轉移電阻也更小。納米非晶硅可更好地耐受體積膨脹和收縮過程。長期穩定的放電容量比：(A)銅涂層氫化非晶硅;(B)原始氫化非晶硅;中間紅線表示石墨的理論存儲容量。

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