中美研究人员合作研发新电极 使锂离子电池阳极硅含量达到92%

据外媒报道，中国浙江农林大学（Zhejiang A&F University）、华中科技大学（HUST）与斯坦福大学（Stanford University）的一组研究人员为锂离子电池研发了一种无粘结剂、灵活、独立的电极，其中的硅含量达到了前所未有的92%。

（图片来源：greencarcongress.com）

此种结构使锂离子电池的电极比容量达到了超高的2700 mAh g−1，具备良好的循环稳定性， 300次循环后，比容量大于2000 mAh g−1，硅含量仍高达85%。而且实际商业水平容量达5.58 mAh cm−2。

为了满足下一代移动电子设备和电动汽车等关键应用的需求，研发重量更轻、容量更大、使用寿命更长的锂离子电池（LIB）被认为是重要的战略。而在理论上，硅的比容量达3579 mAh g−1 （Li15Si4），是非常有前景的阳极材料，可用于下一代锂离子电池中，因而受到广泛关注。

不过，由于在运行时硅的体积变化较大（>300%），而且导电性差，极大地限制了电极的稳定性和动力学过程。事实上，为了保持电极的稳定性，电池行业不得不在商用电池阳极中使用相对较少的硅（质量<15%）。硅含量如此之低，严重削弱了硅材料用于电极时的容量优势。

在此次研究中，研究人员研发了一种基于纤维素的拓补微漩涡结构，使电极中的硅含量达到了92%，这是前所未有的记录，而且整个电极都无需粘结剂，研究人员还研究了该电极作为灵活、无粘结剂且独立的阳极，用于锂离子电池中。

在该硅CNT（碳纳米管）碳微漩涡（Si@CNT/C-microscroll）设计中，碳涂层硅纳米颗粒被固定在导电碳纳米管上，随后被放置在纤维素碳辊中，碳辊中有足够的空隙让硅体积膨胀，因而能够让高反应活性的硅得以均匀分散。