據(jù)外媒報道，由于硅的能量密度較高，因此其成為了一款極具吸引力的鋰離子電池陽極材料。然而，在充電周期內(nèi)，當(dāng)電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達(dá)300%。而隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能、短路、并最終導(dǎo)致電池報廢。為改進(jìn)上述缺點(diǎn)并大體維持電池的能量密度，目前采用一氧化硅（SiOx, x ≈ 1）來制作鋰離子電池的陽極。

硅基氧化物陽極的應(yīng)用

硅基氧化物的可逆比容量（reversible specific capacity）較高，循環(huán)性能也有所提升。然而，該材質(zhì)仍不可避免地出現(xiàn)體積改變，且導(dǎo)電性弱。目前已開展了大量的研究工作，旨在應(yīng)對上述技術(shù)難題。如今，中國和美國的研究團(tuán)隊各自發(fā)表了研究結(jié)果，找到了兩種新的改進(jìn)方法。

美國團(tuán)隊的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物

肯塔基大學(xué)（University of Kentucky）研究團(tuán)隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質(zhì)素（Kraft lignin）混合后，合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物（binder-free SiOx/C），用于制作鋰離子電池的電極。經(jīng)熱處理后，木質(zhì)素形成一種導(dǎo)電體（conductive matrix），可容納大量的硅基氧化物顆粒，確保電子導(dǎo)電率（electronic conductivity）、連接性、適應(yīng)鋰化/脫鋰反應(yīng)（lithiation/delithiation）期間的體積變動。該材質(zhì)無需采用常規(guī)的粘合劑或?qū)щ妱?/p>

該復(fù)合材質(zhì)制作的電極的性能表現(xiàn)極為出色。相較于體積變化率相對較小的硅基氧化物電極（160%）而言，其機(jī)械電化學(xué)性能較為出色，木質(zhì)素碳素矩陣（carbon matrix）的彈性較大，可適應(yīng)體積變動。

中國團(tuán)隊的研究的成果：微型SiOx/C芯殼（core–shell）復(fù)合物

中國研究團(tuán)隊則研發(fā)了一款高效的解決方案，制備微型SiOx/C芯殼（core–shell）復(fù)合物。該研究團(tuán)隊將檸檬酸（citric acid）與經(jīng)球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，隨后就獲得了一款質(zhì)地均勻的SiOx/C芯殼復(fù)合物——SiOx微芯與檸檬酸碳?xì)ぃ╟onformal carbon shell）。

碳?xì)ご蠓嵘斯杌趸锏碾妼?dǎo)率，緩和了適應(yīng)鋰化/脫鋰反應(yīng)期間的體積變化。采用SiOx/C復(fù)合物制作的電極，其可逆比容量為1296.3 mAh/g，庫倫效率（coulombic efficiency）高達(dá)99.8%，充放電200次后，容量保持率在65.1%（843.5 mAh/g）。

據(jù)該研究團(tuán)隊透露，該復(fù)合物的放電效能極為出色，該方法可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有成本效益，可大批量生產(chǎn)由SiOx/C復(fù)合物制作的高性能陽極材料。