硅基负极膨胀问题难攻克，中美研究团队各出新方案！

       据相关媒体报道，硅的能量密度较高，是一款极具吸引力的负极材料。作为锂离子电池理想的负极材料，硅具有如下优点：

①    硅可与锂形成Li4.4Si合金，理论储锂比容量高达4200mAh/g（超过石墨比容量的10倍）；                             

②    硅的嵌锂电位（0.5V）略高于石墨，在充电时难以形成“锂枝晶”；

③    硅与电解液反应活性低，不会发生有机溶剂的共嵌入现象。


       但是，硅电极在充放电过程中会发生循环性能下降和容量衰减，硅与锂交互时，体积膨胀高达320%，巨大的体积变化易导致活性物质从集流体中脱落，从而降低与集流体间的电接触，造成电极循环性能迅速下降。为改进上述缺点并能够大体维持电池的能量密度，目前采用硅基氧化物来制作锂离子电池的负极。


       对于硅基氧化物负极出现体积改变且导电性弱的技术难题，中美两方对该问题都展开了技术研究，从而找到了两种技术改进方方法。


       美：非黏合性硅基氧化物/碳复合物


       肯塔基大学研究团队将硅基氧化物颗粒物与硫酸盐木质素混合后，合成了一种高性能的非黏合性硅基氧化物/碳复合物，用于制作锂离子电池的电极。这种材质最大的特点是不用采用常规的粘合剂或导电剂。在电化学性能等方面表现的都极为出色。


       中国：微型SiOx/C芯壳（core–shell）复合物


       中国研究团队则通过制备微型SiOx/C芯壳复合物来解决膨胀问题。将柠檬酸与经球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，随后制得质地均匀的SiOx/C芯壳复合物——SiOx微芯与柠檬酸碳壳。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。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。可用于高性能SiOx/C复合物阳极材料的大批量生产。