在硅電極上添加石墨烯大梁可以使鋰電池的壽命延長一倍

華威大學的WMG領導的新研究發現了一種有效的方法，該方法可以通過使用石墨烯大梁增強陽極結構來替代使用硅的鋰離子電池陽極中的石墨。這可以使可充電鋰離子電池的壽命增加一倍以上，并且還可以增加這些電池提供的容量。

自索尼最初推出以來，石墨一直是鋰離子電池陽極的默認活性材料選擇，但研究人員和制造商長期以來一直在尋求用硅代替石墨的方法，因為石墨是一種重量很輕的能源，可利用的元素十分豐富石墨的密度。不幸的是，硅還有其他一些性能問題，這些問題繼續限制其商業開發。由于其在鋰化時的體積膨脹，硅顆粒可以電化學方式附聚，從而隨著時間的推移阻礙進一步的充放電效率。硅在反復充電時本身的彈性也不足以應付鋰化的應變，從而導致陽極復合微結構的開裂，粉碎和快速物理降解。這極大地導致了容量衰減，以及在對電極-陰極上發生的退化事件。以手機為例，這就是為什么我們必須為手機充電時間越來越長的原因，這也是為什么它們不愿為手機充電那么久的原因。

許多方法試圖克服這些問題。例如，將納米級/結構化的硅顆粒與微米級的石墨烯一起使用，但這并不能令人滿意。使用納米尺寸的硅顆粒會大大增加可用的反應表面數量。這導致在第一個充電周期中有更多的鋰沉積在硅上，從而在硅和電解質之間形成固體電解質相間勢壘，從而大大減少了鋰的存量，從而降低了電池的使用壽命。該層還在硅上繼續生長，因此鋰的損失變得連續。摻入不同尺寸的其他材料(例如石墨烯)的其他方法已被認為不可行，然后進行大規模生產。

然而，由華威大學WMG的Melanie Loveridge博士領導的新研究發現并測試了一種新型的硅陽極混合物和一種化學修飾的石墨烯，可以解決這些問題并制造出可行的硅陽極鋰離子電池。可以在工業規模上實際制造這種方法，而無需訴諸硅的納米尺寸及其相關問題。這項新研究剛剛于2018年1月23日(星期二)在《科學報告》中發表在一篇論文上，該論文的標題為硅很少層石墨烯(FLG)復合電極系統的相相關阻抗研究。