膨胀负极的力学强化:"厚密"硅-碳电极新策略

• 作者: 成会明
• 来源期刊: 科学通报
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 材料科学
• 页码范围: 141-142
• 页数: 2页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/TB-2020-0947

摘要

随着人工智能时代的来临,消费电子器件便携性要求的提高以及电动汽车使用空间的限制,使锂离子电池的发展面临"空间焦虑",即体积能量密度已成为锂离子电池发展的当务之急.高(质量、体积)比容量的硅基负极是最有潜力部分取代商用石墨的锂离子电池用新一代负极材料,但在嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀,导致固态电解质界面(SEI)破裂及电极粉化等问题,使得容量迅速衰减.纳米技术的发展提升了硅基材料的质量比容量,但较低的密度严重限制了其体积性能优势的发挥[1].因此,推进高比容量硅基负极的商业化,要求研究者在材料设计时既要充分发挥硅活性材料的高体积比容量优势并增加电极材料的密度,又要提高电极材料的负载量,增加活性物质在器件中的体积占比,才能获得高体积能量密度的锂离子电池[2]．然而,目前硅基负极的优异性能更多是在低电极密度(＜0.5 mg cm-3,基础研究)、低电极负载量(＜1 mg cm-2,基础研究)、低硅含量(＜15 wt％,实际应用)的条件下取得,导致电池器件的体积能量密度从基础研究到产业发展两方面均无显著提高.