钜大LARGE | 点击量：649次 | 2022年01月12日
充电锂电池阳极材质膨胀难攻克 美中研发团队各推出新方法
据外媒报道，由于硅的能量密度较高，因此其成为了一款极具吸引力的锂离子电池阳极材料。然而，在充电周期内，当电芯里的硅在和锂交互时，其膨胀收缩可达300%。而随着时间的推移，它会明显降低电池的性能、短路、并最终导致电池报废。为改进上述缺点并大体维持电池的能量密度，目前采用一氧化硅（SiOx,x≈1）来制作锂离子电池的阳极。
硅基氧化物阳极的应用
硅基氧化物的可逆比容量（reversiblespecificcapacity）较高，循环性能也有所提升。然而，该材质仍不可防止地出现体积改变，且导电性弱。目前已开展了大量的研究工作，旨在应对上述技术难题。如今，我国和美国的研究团队各自发表了研究结果，找到了两种新的改进方法。
美国团队的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳复合物
肯塔基大学（UniversityofKentucky）研究团队将硅基氧化物颗粒物和硫酸盐木质素（Kraftlignin）混合后，合成了一种高性能的非黏合性硅基氧化物/碳复合物（binder-freeSiOx/C），用于制作锂离子电池的电极。经热处理后，木质素形成一种导电体（conductivematrix），可容纳大量的硅基氧化物颗粒，确保电子导电率（electronicconductivity）、连接性、适应锂化/脱锂反应（lithiation/delithiation）期间的体积变动。该材质无需采用常规的粘合剂或导电剂。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
该复合材质制作的电极的性能表现极为出色。相较于体积变化率相对较小的硅基氧化物电极（160%）而言，其机械电化学性能较为出色，木质素碳素矩阵（carbonmatrix）的弹性较大，可适应体积变动。
我国团队的研究的成果：微型SiOx/C芯壳（core–shell）复合物
我国研究团队则研发了一款高效的解决方法，制备微型SiOx/C芯壳（core–shell）复合物。该研究团队将柠檬酸（citricacid）和经球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，随后就获得了一款质地均匀的SiOx/C芯壳复合物——SiOx微芯和柠檬酸碳壳（conformalcarbonshell）。
碳壳大幅提升了硅基氧化物的电导率，缓和了适应锂化/脱锂反应期间的体积变化。采用SiOx/C复合物制作的电极，其可逆比容量为1296.3mAh/g，库伦效率（coulombicefficiency）高达99.8%，充放电200次后，容量保持率在65.1%（843.5mAh/g）。
据该研究团队透露，该复合物的放电效能极为出色，该方法可实现批量生产，具有成本效益，可大批量生产由SiOx/C复合物制作的高性能阳极材料
