據(jù)外媒報道，美國賓州州立大學(xué)的研究人員開發(fā)一種新策略，可以在鋰離子電池中擴大硅基負(fù)極的應(yīng)用，將電動汽車、智能手機的功率提高20%。

機械與化學(xué)工程教授DonghaiWang表示:“硅有望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。但是，研究表明，在循環(huán)過程中，這種材料非常不穩(wěn)定?！痹趥鹘y(tǒng)鋰離子電池循環(huán)周期中，硅作為負(fù)極材料，會發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹與收縮，限制其商業(yè)應(yīng)用潛力。這種在充放電過程反復(fù)出現(xiàn)的體積變化，使電池結(jié)構(gòu)受損。久而久之，會導(dǎo)致電池發(fā)生爆料等不穩(wěn)定現(xiàn)象，縮短電池壽命。

研究人員開發(fā)新策略，保持硅材料彈性，從而更好地傳輸能量，保持電極完整性。Wang表示：“我們發(fā)現(xiàn)，采用超彈性凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）緩沖層，包圍硅基負(fù)極，可以讓硅保持穩(wěn)定，阻止電極內(nèi)的粒子移動?！盙PE材料由軟醚部分和硬循環(huán)部分構(gòu)成，軟醚部分提供彈性，硬循環(huán)部分防止聚合物過度膨脹。“兩部分協(xié)同工作，使GPE材料適當(dāng)膨脹和收縮，同時保持硅負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?！?/p>

研究人員表示，這一策略或?qū)⒔鉀Q目前硅基負(fù)極面臨的問題，將鋰離子電池的儲能提高20%。Wang說：“以往的電池中只能用5%的硅，所產(chǎn)生的效果十分有限。通過這種方法，我們可以使用純硅負(fù)極，顯著增加電池的容量和能量密度，為創(chuàng)造下一代鋰離子電池鋪平道路?！?/p>

伴隨三元正極進一步推廣，硅基負(fù)極市場空間廣闊在高能量密度發(fā)展的路徑之上，動力電池正極采用高鎳三元材料，而負(fù)極則配合使用硅基負(fù)極材料。未來NCM811和NCA成為動力電池的主流市場。隨著硅基負(fù)極制備工藝及電池廠商對于高鎳體系掌握的逐步成熟，硅基負(fù)極未來將迎來較為廣闊的市場。

鋰電池的負(fù)極材料對于電池的安全性能，能量密度及循環(huán)壽命等技術(shù)指標(biāo)有重要的影響。

現(xiàn)有的負(fù)極材料分為碳材料和非碳材料，碳系負(fù)極材料主要包括人造石墨、天然石墨和中間相炭微球等;非碳材料負(fù)極主要包括鈦基材料和硅基材料。

目前，石墨負(fù)極材料(主要是天然石墨和人造石墨)憑借工藝成熟、成本較低和性能較好的優(yōu)勢占據(jù)90%的負(fù)極材料市場。

然而，石墨材料雖有高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的優(yōu)勢，但在能量密度方面的發(fā)展已接近其理論最大值(372mAh/g)。

隨著新能源汽車對續(xù)航能力要求不斷提高，電池負(fù)極材料也在向著高能量密度方向發(fā)展。

硅具有4200mAh/g的理論克容量，且地球儲量高，結(jié)合了碳材料高電導(dǎo)率、穩(wěn)定性及硅材料高容量優(yōu)點的硅基材料(Si/C、SiO/C)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>