洛斯阿拉莫斯实验室：开发硅负极涂层 有望提升电池容量

在硅线锂离子电池中，电解液会剥离硅，堵塞电子通路，大大降低充电能力。据国外媒体报道，为了开辟新的研究渠道，研究人员对这一过程进行了详细研究，以充分利用硅的巨大潜力，构建高容量、长寿命的电池，从而彻底改变手机、汽车等设备。

(来源:洛斯阿拉莫斯国家实验室)

洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家Jinkyoung Yoo说:“基于新的理解，我们提议开发一种涂层方法，将硅与电解质隔离开来，从而提高硅纳米线锂离子电池的性能。”

研究人员认为，在下一代锂离子电池的实际应用中，硅是最有前途的高容量负极材料。在锂离子电池中，使用石墨基阴极可以使电动汽车的续航里程超过400英里。硅负极电池的储存容量是石墨负极电池的10倍以上，但由于反复充电后容量衰减，阻碍了其发展。经过100次充放电循环后，使用硅的电池只能保留60%的原始存储容量。就日常技术而言，这还不够好。目前确切原因还不得而知。

在早期应用中，当硅球形颗粒接触电解液并带电时，它们会膨胀300%并破坏负极。在所有类型的电池中，将负极暴露于电解质的过程将导致固体电解质界面膜(SEI)的形成。SEI对电池中的电化学反应非常重要，控制着电池的稳定性。SEI脱离负极，电接触断开，电池容量降低，就像剥硅一样。研究人员表示:“我们曾经认为使用纳米线可以解决硅在电解质中膨胀的问题。因为金属丝长度可以被拉长。然而，事实证明，我们并没有理解。”

为了进一步研究，研究人员在不锈钢盘上种植了硅纳米线“森林”，作为电池实验的负极。该实验室的CINT设备具有在负电极上直接生长这种硅线的独特能力。然后，结合低温扫描透射电子显微镜和先进的分析算法，三维揭示了硅纳米线的相关结构和化学演变以及在其上形成的SEI。

新的研究发现，电解质会渗透到硅纳米线的各个地方，形成SEI袋并破坏电子通道。经过这个过程，负极上最终形成了孤立的硅岛，不利于电池容量。研究人员计划下一步是涂覆硅颗粒或纳米线，以在电解质存在的情况下保持硅的完整性。在硅线锂离子电池中，电解液会剥离硅，堵塞电子通路，大大降低充电能力。据国外媒体报道，为了开辟新的研究渠道，研究人员对这一过程进行了详细研究，以充分利用硅的巨大潜力，构建高容量、长寿命的电池，从而彻底改变手机、汽车等设备。

(来源:洛斯阿拉莫斯国家实验室)

洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家Jinkyoung Yoo说:“基于新的理解，我们提议开发一种涂层方法，将硅与电解质隔离开来，从而提高硅纳米线锂离子电池的性能。”

研究人员认为，在下一代锂离子电池的实际应用中，硅是最有前途的高容量负极材料。在锂离子电池中，使用石墨基阴极可以使电动汽车的续航里程超过400英里。硅负极电池的储存容量是石墨负极电池的10倍以上，但由于反复充电后容量衰减，阻碍了其发展。经过100次充放电循环后，使用硅的电池只能保留60%的原始存储容量。就日常技术而言，这还不够好。目前，确切的原因仍然是……已知。

在早期应用中，当硅球形颗粒接触电解液并带电时，它们会膨胀300%并破坏负极。在所有类型的电池中，将负极暴露于电解质的过程将导致固体电解质界面膜(SEI)的形成。SEI对电池中的电化学反应非常重要，控制着电池的稳定性。SEI脱离负极，电接触断开，电池容量降低，就像剥硅一样。研究人员表示:“我们曾经认为使用纳米线可以解决硅在电解质中膨胀的问题。因为金属丝长度可以被拉长。然而，事实证明，我们并没有理解。”

为了进一步研究，研究人员在不锈钢盘上种植了硅纳米线“森林”，作为电池实验的负极。该实验室的CINT设备具有在负电极上直接生长这种硅线的独特能力。然后，结合低温扫描透射电子显微镜和先进的分析算法，三维揭示了硅纳米线的相关结构和化学演变以及在其上形成的SEI。

新的研究发现，电解质会渗透到硅纳米线的各个地方，形成SEI袋并破坏电子通道。经过这个过程，负极上最终形成了孤立的硅岛，不利于电池容量。研究人员计划下一步是涂覆硅颗粒或纳米线，以在电解质存在的情况下保持硅的完整性。

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