提高锂离子电池能量密度最有效的方法是什么?

提高锂离子电池能量密度最有效的方法是什么?

石墨电极的优化孔隙率一般控制在20%~40%，而硅基电极压实后的性能变差。这些电极的孔隙率一般为60%~70%。高孔隙率可以扩大硅基数据的体积，缓冲颗粒的急剧变形，减缓粉化和下降。然而，高孔隙率硅基负极限制了体积能量密度。

硅基阴极是提高锂离子电池能量密度最有效的方法之一，因为它具有高的比容量和体积比容量。

然而，作为一种活性材料，硅在充放电循环中插入并释放锂，体积变化高达270%，导致循环寿命较差。这种体积肿胀的原因:

(1)硅颗粒的破坏和铜收集液中镀层的分离;

(2)固体电解质(SEI)膜在循环过程中不稳定，体积膨胀导致SEI断裂重复，导致锂离子电池失效。

压实过程将使固体接触更加严密，改善电杆的电子传输功能。但是，低孔隙率会新增锂离子转移电阻和电极/电解质界面电荷转移阻抗，导致倍增器功能差。

石墨电极的优化孔隙率一般控制在20%~40%，而硅基电极压实后的性能变差。这些电极的孔隙率一般为60%~70%。高孔隙率可以扩大硅基数据的体积，缓冲颗粒的急剧变形，减缓粉化和下降。然而，高孔隙率硅基负极限制了体积能量密度。那么，如何制备锂离子电池的硅基阴极板呢?KarkarZ等人研究了硅电极的制备。

首先，他们用两种混合方法制备了80wt%的硅、12wt%的石墨烯和8wt%的CMC电极糊:

(1)SM:常规球磨松弛技术;

(2)RAM:两步超声弥散工艺。第一步将硅和CMC分散在PH3缓冲液(0.17m柠檬酸+0.07mKOH)中。第二步是加入石墨烯片和水，继续超声分散。

如图1a和d,有关石墨片、超声石墨烯的不连贯的RAM坚持原来的跟踪表,表的长度大于10×m,分布式并行收集液,孔隙度较高的涂层,而SM混合导致石墨烯片,与石墨烯片的长度只有几微米。未压实的RAM电极的孔隙率约为72%，大于SM电极的60%。

关于硅，两种混合方法没有差别。纳米片石墨烯具有优异的电子传导能力，RAMslack坚持石墨烯片的完整性，电池循环功能良好(图3a和图b)。

然后他们研究了压实对电极孔隙率、密度和电化学功能的影响。如图1所示，压实后，石墨烯片和硅示踪剂没有发生明显变化，只是涂层变得更加致密。将电极片制成半电池，测试其电化学性能。从图2可以看出:

(1)随着压实压力的新增，电极孔隙率降低，密度新增，体积比容量新增。

(2)未压实的电极片，RAM的孔隙率约为72%，大于SM电极的60%。此外，RAM电极压实更加困难，达到35%的孔隙率。RAM电极要15T/cm2压力，SM电极只要5T/cm2压力。这是因为石墨烯片难以变形，而RAM片附着在石墨烯片结构上，使其更难以压实。

(3)根据完全锂硅体积膨胀193%计算体积比容量。在20T/cm2密实度下，体积比容量最大。RAM和SM电极的孔隙率分别为34%和27%，对应的体积比容量分别为1300mAh/cm3和1400mah/cm3。