提高鋰電池能量密度最有效的辦法是什么?

提高鋰電池能量密度最有效的辦法是什么?

石墨電極的優化孔隙率一般控制在20%~40%，而硅基電極壓實后的性能變差。這些電極的孔隙率一般為60%~70%。高孔隙率可以擴大硅基數據的體積，緩沖顆粒的急劇變形，減緩粉化和下降。然而，高孔隙率硅基負極限制了體積能量密度。

硅基陰極是提高鋰電池能量密度最有效的辦法之一，因為它具有高的比容量和體積比容量。

然而，作為一種活性材料，硅在充放電循環中插入并釋放鋰，體積變化高達270%，導致循環壽命較差。這種體積腫脹的原因:

(1)硅顆粒的破壞和銅收集液中鍍層的分離;

(2)固體電解質(SEI)膜在循環過程中不穩定，體積膨脹導致SEI斷裂重復，導致鋰電池失效。

壓實過程將使固體接觸更加嚴密，改善電桿的電子傳輸功能。但是，低孔隙率會新增鋰離子轉移電阻和電極/電解質界面電荷轉移阻抗，導致倍增器功能差。

石墨電極的優化孔隙率一般控制在20%~40%，而硅基電極壓實后的性能變差。這些電極的孔隙率一般為60%~70%。高孔隙率可以擴大硅基數據的體積，緩沖顆粒的急劇變形，減緩粉化和下降。然而，高孔隙率硅基負極限制了體積能量密度。那么，怎么制備鋰電池的硅基陰極板呢?KarkarZ等人研究了硅電極的制備。

首先，他們用兩種混合辦法制備了80wt%的硅、12wt%的石墨烯和8wt%的CMC電極糊:

(1)SM:常規球磨松弛技術;

(2)RAM:兩步超聲彌散工藝。第一步將硅和CMC分散在PH3緩沖液(0.17m檸檬酸+0.07mKOH)中。第二步是加入石墨烯片和水，繼續超聲分散。

如圖1a和d,有關石墨片、超聲石墨烯的不連貫的RAM堅持原來的跟蹤表,表的長度大于10×m,分布式并行收集液,孔隙度較高的涂層,而SM混合導致石墨烯片,與石墨烯片的長度只有幾微米。未壓實的RAM電極的孔隙率約為72%，大于SM電極的60%。

關于硅，兩種混合辦法沒有差別。納米片石墨烯具有優異的電子傳導能力，RAMslack堅持石墨烯片的完整性，電池循環功能良好(圖3a和圖b)。

然后他們研究了壓實對電極孔隙率、密度和電化學功能的影響。如圖1所示，壓實后，石墨烯片和硅示蹤劑沒有發生明顯變化，只是涂層變得更加致密。將電極片制成半電池，測試其電化學性能。從圖2可以看出:

(1)隨著壓實壓力的新增，電極孔隙率降低，密度新增，體積比容量新增。

(2)未壓實的電極片，RAM的孔隙率約為72%，大于SM電極的60%。此外，RAM電極壓實更加困難，達到35%的孔隙率。RAM電極要15T/cm2壓力，SM電極只要5T/cm2壓力。這是因為石墨烯片難以變形，而RAM片附著在石墨烯片結構上，使其更難以壓實。

(3)根據完全鋰硅體積膨脹193%計算體積比容量。在20T/cm2密實度下，體積比容量最大。RAM和SM電極的孔隙率分別為34%和27%，對應的體積比容量分別為1300mAh/cm3和1400mah/cm3。

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