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硅纳米技术与石墨负极锂离子电池
导读： 现有的锂电池负极技术已经接近极限，为了满足新一代的能源需求，开发新型的锂电负极技术迫在眉睫。Si负极由于超高的比容量和丰富的储量，成为最具代表性的新技术之一。
OFweek锂电网讯 现有的锂电池负极技术已经接近极限，为了满足新一代的能源需求，开发新型的锂电负极技术迫在眉睫。Si负极由于超高的比容量和丰富的储量，成为最具代表性的新技术之一。
和传统的石墨负极相比，Si负极技术在产业化道路上遇到的一个重大障碍在于：含胶量较少导致电极混炼效果不理想。
有鉴于此，Ko等人综合石墨负极技术和Si纳米技术，开发了一种全新的、可大规模生产的C-纳米Si-石墨复合负极材料。锂化过程中，Si纳米壳层可以随着体积变化而膨胀，不论是石墨内部的空心纳米Si壳层，还是石墨和碳之间的纳米Si中间层，均可以保持形状完好，不会破裂或者残留于Si和石墨之间。
这种特殊的结构构筑一方面确保了Si和天然石墨之间的兼容性，另一方面有效避免了传统机械混合中石墨粉和残留的Si颗粒引发的严峻的副反应。
图1. SGC复合负极材料结构及其优势
图2. SGC复合负极材料制备示意图
按照工业算法，在电极密度为1.6 g cm-3，面积容量>3.3 mAh cm-2，含胶量<4%的条件下，这种复合负极第一次循环库伦效率为92%，循环6次之后库伦效率便快速提高到99.5%，100次循环之后，容量保持率高达96%。
进一步，研究人员以LiCoO2作为正极材料组成全电池，发现其能量密度高达1043 Wh l-1，优于现有标准的商业化石墨负极。
图3. 各种电极的电化学性能表征
图4. 石墨负极和SGC复合负极全电池性能对比