日本科学家用喷雾沉积法制备硅纳米颗粒 实现高容量全固态锂电池

据国外媒体报道，日本国立材料科学研究所(NIMS)的研究人员进行的一项新研究表明，在固体电解质中通过喷雾沉积制备商用硅纳米颗粒，然后由这种硅纳米颗粒制成的硅阳极仅表现出优异的电极性能，而之前只有蒸发制备的薄膜电极表现出如此优异的性能。这种方法是一种非常划算的大气技术。研究结果表明，大规模、低成本生产高容量全固态锂电池负极是可能的。

(图片来源:日本国立材料科学研究所)理论上，硅的容量约为4200 mAh/g，约为商用锂离子电池常用负极活性材料石墨的11倍。用硅代替传统的石墨，可以大大延长电动汽车的续航里程。但在锂化和脱锂过程(电池充放电过程)中，硅的体积会发生很大变化(增加3倍左右)，从而阻碍了其在电池中的实际应用。在传统的液体电解质中，需要使用高分子粘结剂将电极中的活性物质颗粒粘结在一起，使其附着在金属集流体上。硅体积的巨大变化会导致颗粒的分离，从而导致活性物质的损失，进而导致容量的持续损失。在固态电池中，活性材料放置在两个固态部件之间，即固体电解质隔板和金属集电器。事实上，正如NIMS研究人员所说，溅射沉积的纯硅薄膜的实际面积容量超过2.2 mAh/cm2，在固体电解质中表现出良好的循环稳定性和高倍率放电能力。然而，在全固态锂电池中实现低成本和工业可扩展的合成阳极仍然是一个巨大的挑战。NIMS研究小组采用了另一种合成方法，实现了由商用硅纳米颗粒制成的全固态锂电池的高性能阳极。研究人员发现，固态电池中的纳米粒子有一个独特的现象:锂化后，在固体电解质隔板和金属集流体之间的有限空间内，纳米粒子的体积会膨胀，结构会被压实，它们会明显堆积，类似于蒸发制备的纳米粒子。因此，通过喷射沉积制备用于阳极的纳米颗粒将表现出优异的电极性能，这在以前仅在通过溅射沉积制备的薄膜电极中发现。喷射沉积是一种高性价比的大气技术，可以实现批量生产。因此，这样的发现可以为低成本大规模生产全固态锂电池的高容量阳极铺平道路。为了满足电动汽车的要求，NIMS的研究人员继续努力提高阳极的循环能力。据国外媒体报道，日本国立材料科学研究所(NIMS)的研究人员进行的一项新研究表明，在固体电解质中通过喷雾沉积制备商用硅纳米颗粒，然后由这种硅纳米颗粒制成的硅阳极仅表现出优异的电极性能，而之前只有蒸发制备的薄膜电极表现出如此优异的性能。这种方法是一种非常划算的大气技术。研究结果表明，大规模、低成本生产高容量全固态锂电池负极是可能的。

(图片来源:日本国立材料科学研究所)理论上，硅的容量约为4200 mAh/g，约为商用锂离子电池常用负极活性材料石墨的11倍。用硅代替传统的石墨，可以大大延长电动汽车的续航里程。但在锂化和脱锂过程(电池充放电过程)中，硅的体积会发生很大变化(增加3倍左右)，从而阻碍了其在电池中的实际应用。在传统的液体电解质中，需要使用高分子粘结剂将电极中的活性物质颗粒粘结在一起，使其附着在金属集流体上。硅体积的巨大变化会导致颗粒的分离……这将导致活性物质的损失，进而导致容量的持续损失。在固态电池中，活性材料放置在两个固态部件之间，即固体电解质隔板和金属集电器。事实上，正如NIMS研究人员所说，溅射沉积的纯硅薄膜的实际面积容量超过2.2 mAh/cm2，在固体电解质中表现出良好的循环稳定性和高倍率放电能力。然而，在全固态锂电池中实现低成本和工业可扩展的合成阳极仍然是一个巨大的挑战。NIMS研究小组采用了另一种合成方法，实现了由商用硅纳米颗粒制成的全固态锂电池的高性能阳极。研究人员发现，固态电池中的纳米粒子有一个独特的现象:锂化后，在固体电解质隔板和金属集流体之间的有限空间内，纳米粒子的体积会膨胀，结构会被压实，它们会明显堆积，类似于蒸发制备的纳米粒子。因此，通过喷射沉积制备用于阳极的纳米颗粒将表现出优异的电极性能，这在以前仅在通过溅射沉积制备的薄膜电极中发现。喷射沉积是一种高性价比的大气技术，可以实现批量生产。因此，这样的发现可以为低成本大规模生产全固态锂电池的高容量阳极铺平道路。为了满足电动汽车的要求，NIMS的研究人员继续努力提高阳极的循环能力。

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