美国科学家用自愈技术打造更"长寿"的锂电池

美国伊利诺伊大学(UniversityofIllinois；UI)的研究人员发现一种可将自愈技术应用在锂离子电池的方法，可望打造出可靠且更长效的电池。

研究人员开发出一种新的电池，电池的负电侧使用硅纳米颗粒复合材料，并以一种新颖的方式将复合材料结合在一起——这是含硅的电池固有的问题。

伊利诺伊大学材料科学与工程教授NancySottos以及特种工程教授ScottWhite带领研究团队进行这项研究，并在《先进能源材料》(AdvancedEnergyMaterials)期刊上发表相关研究报告。

美国伊利诺伊大学材料科学与工程教授NancySottos与特种工程教授ScottWhite带领研究团队，开发出可用于电池阳极的硅纳米颗粒复合材料，可望用于打造更可靠且长效的电池。

“对于自愈材料的研究来说，这项研究工作相当新，因为它能应用在储存能量的材料上，”White说，“这是一种完全不同类型的目标。除了恢复结构性能，还具有愈合储存能量的能力。”

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为便携设备供电或电动车用的锂离子电池内部，带负电荷的电极或阳极通常是由石墨颗粒复合材料制造而成。这些电池的使用成效不错，但需要很长时间才能上电，而且随着时间的进展，充电持续时间就会变得无法和新电池时一样了。

Sottos说：“硅具有相当高的容量，而如此的高容量让你得以从电池中取得更多能源，不过，由于电池的周期及其自粉化作用，也会经历大量的膨胀过程。”

过去的研究发现，由纳米尺寸的硅颗粒制造成的电池阳极不太可能分解，而是存在其他问题。

White说：“电池持续地进行充放电，经过一次、二次、三次到最终容量损耗，这是因为硅颗粒开始脱离粘合剂。”

为了解决这个问题，研究团队藉由赋予其自行修复的能力，进一步完善了硅阳极。这种自愈现象是经由硅纳米颗粒和聚合物粘合剂之间连接的可逆化学键合而发生的。

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“这种动态重新键合过程基本上是将硅颗粒和聚合物粘合剂保存在一起，大幅改善了电极的长期性能，”Sottos说。

研究人员针对未使用可逆化学键合的新电池进行测试，发现即使是经过400次充电周期后仍能保持80%的初始容量。

这些电池还具有更高的能量密度，这意味着它们比相同尺寸的石墨-阳极电池储存更多的电力。

“能量密度越高越好。另一个选择是增加更多的电池，但这也增加了许多重量，特别是电动车正面临这样的问题，”Sottos说。

研究人员表示，未来的研究将包括研究这种自愈技术如何与固态电池搭配运作。近来多起由于锂离子电池液体引发自燃甚至爆炸的意外，正敦促着科学家们朝此方向进行研究。

这项研究计划由美国能源部(DoE)科学、基础能源科学办公室资助的先进能源研究中心——电化学能源科学中心(CenterforElectrochemicalEnergyScience)赞助。