研究人员解决了阻碍硅在锂离子电池中使用的问题

日本先进科学技术研究所 (JAIST) 的研究人员正在提出解决方案，以解决困扰硅微米粒子 (SiMP) 的一些问题，这些问题阻碍了它们在锂离子电池中的使用。

尽管硅作为电极材料的能量容量很大，但由于锂化时不受控制的体积膨胀（与锂离子结合的过程）导致缺乏机械稳定性，以及由于锂离子引起的快速能量衰减，它通常被忽视。形成不稳定的固体电极界面（SEI）。

在《材料化学杂志 A》上发表的一篇论文中，JAIST 团队报告了一种合成新型高弹性 SiMP 的整体方法，该方法由黑色玻璃（碳氧化硅）接枝的硅组成，作为锂离子电池的 阳极材料。

研究负责人Noriyoshi Matsumi 在一份媒体声明中说：“硅纳米粒子可能会提供更大的有效表面积，但它也有其自身的缺点，例如增加电解质的消耗以及在几次充电和放电循环后初始库仑效率较差。”

“SiMP 是最合适、低成本且易于获得的替代品，尤其是与具有特殊结构特性的材料（如碳氧化硅黑玻璃）结合使用时。”

研究人员解决了阻碍硅在锂离子电池中使用的问题

如何制造用于高性能锂离子电池的黑色玻璃接枝硅微米颗粒。

Matsumi 解释说，该团队设计了一种核壳型材料，其中核由涂有碳层的 SiMP 组成，然后将碳氧化硅黑色玻璃作为壳层接枝。

然后将制备的材料用于阳极半电池配置，以测试它们在不同电位窗口下可逆地储存锂的能力。

筛选表明，该材料具有很强的锂扩散能力，内阻和整体体积膨胀降低。即使经过 775 次充电和放电循环，它也显示出 99.4% 的能量容量保留率。此外，该材料在整个测试过程中表现出出色的机械稳定性。

在科学家们看来，这些结果为硅在下一代二次锂离子电池中的应用开辟了新途径。

Matsumi 指出，这种合成工艺的升级能力可以帮助弥合储能领域的实验室研究和工业应用之间的差距。这对于生产低成本电动汽车尤为重要。

“我们的方法为开发用于节能锂离子电池的高性能负极材料提供了一条有效途径，这是创造可持续和低碳明天的重要组成部分，”他说。