“新设计处理锂电池硅基阳极粉化难题”

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硅基阳极可以提高锂离子电池的阳极性能。 图片来源:互联网( newatlas )

硅是目前最重要的半导体材料，但其应用范围不仅如此。 美国能源部西北太平洋国家实验室的研究人员设计了一种新的纳米结构，赋予硅非凡的强度，有望成为锂离子电池的阳极材料，成为石墨的升级版。 研究人员在《自然通讯》杂志上发表了研究报告，他们的成果是锂离子电池硅基阳极开发的飞跃，为其他类型电池材料的设计提供了新的思路。
长期以来，石墨一直是锂离子电池的重要组成部分。 这种碳导电性稳定，非常适合充电时将锂离子填充到电池阳极。 但是，随着对更高能量密度电池的诉求提高，石墨类电极也需要升级，硅被认为是很好的升级版材料。 硅与石墨相比可以吸收越来越多的锂，但遇到锂时硅会大幅膨胀，存在锂电池阳极破裂粉化的问题。
为了克服基于硅的阳极粉化这一课题，西北太平洋国家实验室的研究人员设计了罕见的纳米结构。 他们在直径约8微米的微球上凝聚了细小的硅粒子，形成了与红血球大小相当的层的多孔硅结构。 该结构像海绵，内部介于空之间，吸收膨胀压力。 这种叠层多孔结构具有良好的电化学性能、机械强度和结构完整性，可用于高性能锂离子电池的负极，其可容纳的电荷也是典型石墨基负极的两倍。
研究人员表示，他们设计的纳米结构不仅满足基于硅的阳极各方面的性能要求，还可应用于包括轧制在内的标准工业加工工艺，为其他类型电池材料的设计提供新思路。 下一步，为了商业化，将努力开发更具扩展性和经济性的硅微球的制造方法，最终帮助锂离子电池在电动汽车、电子设备和其他设备中的性能提高。 (记者刘海英)