當前聚焦：鋰電性能大突破在即？微米級硅基負極瓶頸已破為低成本EV鋪平道路

2022-08-12 16:39:51 來源: 財聯社

【資料圖】

財聯社8月12日訊（編輯黃君芝）在改善新一代鋰電池性能的競賽中，一些科學家將目光瞄準了負極材料。硅的比容量高達4200mAh/g，是目前已知比容量最高的負極材料，亦是最常用的碳基材料的10倍以上，這使得硅基材料被視為下一代負極的理想“候選人”。

然而，由于硅材料在充放電時體積膨脹可達120%-300%，導致硅顆粒分化及SEI膜（固體電解質界面）的增厚破裂，這將影響電池首充效率與壽命。SEI實際上就是陽極的一個保護層，它可以使電池在一段時間內保持其穩定性，并具有較長的壽命。

目前，納米結構硅是解決上述問題的最常用方法，但它也帶來了一系列的缺點。這些問題包括供應短缺，合成過程困難而昂貴，以及電池壽命極短等。而硅微米粒子（SiMPs）雖然能解決高成本的問題，但后者會放大其他缺點。因此，該技術的應用也一直受到限制。

不過現在，日本北陸先端科學技術大學院大學（JAIST）相信他們已經找到了解決困擾SiMPs問題的方法。據報道，研究人員開發了一種合成新型高彈性SiMP的整體方法，這一新型微米級硅基負極由黑色玻璃（碳氧化硅）接枝的硅組成。

研究負責人Noriyoshi Matsumi表示，“硅納米粒子可能會提供更大的有效表面積，但它也有其自身的缺點，例如增加電解質的消耗以及在幾次充電和放電循環后初始庫侖效率較差。”

“SiMP是最合適、低成本且易于獲得的替代品，尤其是與具有特殊結構特性的材料（如碳氧化硅黑玻璃）結合使用時。我們的材料不僅表現出色，而且有利于大規模應用。”他說。

據悉，上述研究成果已于近期發表在了《材料化學雜志》上。具體而言，該團隊設計了一種核殼型材料，其核心由涂有碳層的SiMP組成。然后，他們將碳氧化硅黑色玻璃作為外殼層接枝。

測試表明，該材料具有很強的鋰擴散能力，內阻和整體體積膨脹降低。即使在經過775次充放電循環后仍能保持99.4%的能量容量。此外，該材料在整個測試過程中表現出出色的機械穩定性。

在科學家們看來，這些結果為硅在下一代鋰離子電池中的應用開辟了新途徑。Matsumi指出，新工藝可以幫助彌合儲能領域的實驗室研究和工業應用之間的差距。這對于生產低成本電動汽車尤為重要。

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