MIT新型固态电池技术亮相：手机也许充一次电可以使用好几天

对于智能手机来说，目前最大的瓶颈就是锂电池，不少科学家也都是在积极寻找新的解决方案。

现在，来自麻省理工学院（MIT）的科学家们就带来了一个令人兴奋的未来进展，其展示了一种克服了一些当前设计限制的新型固态电池结构。这些被称为固态电池的实验装置通过大幅提高电池内部的能量密度来极大地延长电动汽车和移动设备的使用寿命。

发表在《Trendsinchemistry》上的一篇研究论文显示，目前锂电池的阳极由铜和石墨混合制成，但如果它由纯锂制成则可能能打破当前锂离子化学的能量密度瓶颈。该团队开发了一种被叫做混合离子-电子导体（MIEC）和电子和锂离子绝缘体（ELI）的固体材料组合。它们被打造成一个三维蜂窝状结构，而由MIEC制成的纳米管构成了这个谜题的关键部分。

这些管被注入固体锂金属形成的电池阳极。由于每个管子内部都有额外的空间，所以锂金属在充放电的时候能有多余的空间来进行膨胀和收缩。通过这种方式，这种材料在固体和液体材料之间保持着微妙的平衡并且移动方式非常像液体。

所有这一切都发生在蜂窝结构的阳极内，ELI则被涂在管壁上充当其跟固体电解质之间的粘合剂。这意味着当电池充电时，锂金属的波动尺寸完全包含在结构内部，其外部尺寸则保持不变。

未来，这项技术将可能会制造出重量约为当前设计1/4但存储容量相同的阳极。这一团队表示，通过跟其他先进的阴极设计相结合，未来将可以生产出重量和尺寸跟现在相同但只需隔三天充一次电的智能手机。

日本科学家用喷雾沉积法制备硅纳米颗粒实现高容量全固态锂电池

据外媒报道，一项由日本国立材料科学研究所（NIMS）研究人员进行的新研究显示，在固态电解质中，用喷雾沉积法制备商业硅纳米颗粒，然后仅用此种硅纳米颗粒制成的硅阳极展示出优异的电极性能，而此前只在用蒸发法制备薄膜电极才展示了如此优异的性能。此种方法是一种极具成本效益的大气技术，该研究结果表明，大规模且以低成本生产用于全固态锂电池的高容量阳极成为了可能。

（图片来源：日本国立材料科学研究所）

理论上说，硅的容量约为4,200mAh/g，约为商用锂离子电池中常用的阳极活性材料–石墨的11倍，用硅替代传统的石墨可以极大地延长电动汽车的续航里程。不过，在锂化和脱锂（电池充放电过程）过程中，硅的体积会发生巨大变化（增大约3倍），从而阻止了其在电池中的实际应用。

在传统的液体电解质中，有必要采用聚合物粘合剂将电极中的活性物质颗粒粘合在一起，并让其能够粘附在金属集电流器上。硅的体积不断发生巨大变化会导致颗粒脱离，从而导致活性物质的丢失，进而导致容量不断损失。在固态电池中，活性材料被置于两个固态组件之间，即固态电解质隔离层和金属集电流器之间。事实上，正如NIMS研究人员所说，溅镀沉积的纯硅薄膜的实际面积容量超过2.2mAh/cm2，在固态电解质中显示出良好的循环稳定性和高速率放电能力。尽管如此，在全固态锂电池中实现低成本、可工业扩展的合成阳极仍是一个巨大的挑战。

NIMS研究团队已经采用另一种合成法以实现高性能阳极，用于由商用硅纳米颗粒制成的全固态锂电池。研究人员发现，固态电池中的纳米颗粒有一个独特的现象：在锂化后，在固态电解质隔离层和金属集电流器之间的有限空间内，纳米颗粒的体积会膨胀、结构被压实、还会明显聚积，与采用蒸发法制备的纳米颗粒相似。所以，用喷雾沉积法制备纳米颗粒，以用于阳极才会展示出优异的电极性能，此前此种优异性能只在溅镀沉积法制成的薄膜电极中发现。喷雾沉积法是一种具成本效益的大气技术，可实现大规模量产。因此，此类发现可以为以低成本大规模生产用于全固态锂电池的高容量阳极铺平道路。

为了满足电动汽车的要求，NIMS的研究人员还在继续努力，提升该阳极的循环能力。