科学家提出“预浸锂”方案 可将硅基锂离子电池能量密度提高25%

对下一代电池体系结构的追求使科学家们探索了各种替代材料，而在一段时间内被认为是极好的候选材料的是硅。使用丰富的元素作为锂离子电池的负极可显着提高其能量密度，韩国科学家现在提出了解决阻碍其发展的主要障碍之一的解决方案。

当今的锂离子电池使用石墨作为阳极材料，带正电的电极与带负电的阴极一起工作，以在充电过程中来回穿梭锂离子。尽管这些电池能够为当今的手机和电动汽车供电，但将石墨替换为可以存储四倍锂离子量的硅，却可以使手机使用数天，或者每次充电可行驶数百英里。

但是，将硅加工成锂离子电池以充分利用这种潜力已被证明是有问题的。科学家一直在努力解决的问题之一是容量的迅速下降，硅基阳极仅在初始充电周期内会减少20％以上的锂离子。

可以克服的一种方法是通过一种称为“锂预加载”的技术，该技术在组装电池之前添加了额外的锂，以弥补循环中的损耗。通常，这是通过使用锂粉来尝试的，尽管这很昂贵并且带来安全隐患。

韩国科学技术研究院（KIST）的一个小组提出了另一种锂预装方法。该小组没有添加锂粉，而是将硅阳极浸入特殊溶液中五分钟，这引发了化学反应，使电子和锂离子渗入电极。

在测试中，阳极在初始充电过程中损失的锂少于活性锂的百分之一。结果显示，用硅阳极制成的测试电池的能量密度比具有传统石墨阳极的市售可比电池高25％。研究小组说，这项技术有潜力使电动汽车的平均行驶距离至少增加100公里（62英里），并且对于大规模处理而言相当容易实现。

“我们能够通过仅控制溶液温度和反应时间的简单方法，就可以大幅度提高高容量硅基阳极的效率，”研究团队的负责人MinahLee博士说。“由于这项技术很容易应用于现有电池制造设施中使用的卷对卷工艺，因此我们的方法有可能在实现用于实际电池的硅基负极方面取得突破。”

该研究发表在《AngewandteChemie：国际版》杂志上。