鉅大LARGE | 點擊量：1000次 | 2021年10月09日
鋰離子電池使用硅納米線負極實現(xiàn)高容量的反應機理
英國劍橋大學（UniversityofCambridge）2014年二月三日宣布，該大學的先進光電子中心緒方健（JSPS研究員）和該大學化學系教授ClareGrey開發(fā)出了可對使用硅負極的新一代鋰離子充電電池的內部反應進行實驗性分析的技術，并據(jù)此查明了鋰離子電池的反應機理。
此次的成果有望加快開發(fā)出容量達到原來數(shù)倍的鋰離子充電電池的進程。有關詳細內容已刊登在英國科學雜志發(fā)行商自然出版集團（NaturePublishingGroup）的《自然通訊》（NatureCommunications）上，文章題為“Revealinglithium-silicidephasetransformationsinnano-structuredsilicon-basedlithiumionbatteriesviainsituNMRspectroscopy”。
此次開發(fā)的新型檢測系統(tǒng)，能在負極使用可緩和體積膨脹的硅納米線的狀態(tài)下，使用核磁共振技術（NMR）對原子排列進行分析。經過數(shù)次充放電循環(huán)后，判明了在電池工作過程中原子結合的詳細變化過程。實驗所使用的電池單元，負極采用硅納米線與碳纖維的復合體，正極采用鋰片材（鋰金屬箔），并對聚酯背板做了層壓處理。電解質采用將1MLiPF6溶解于碳酸亞乙酯（EC)和碳酸二甲酯（DMC）中獲得的溶液。硅納米線的直徑約60nm，長度約50nm。
據(jù)緒方健介紹，“用此次的技術可非常簡單地分析導致硅負極劣化的原子結合狀態(tài)。這樣便可為防止劣化的材料設計及安全性控制開辟新路”。
硅作為可實現(xiàn)高容量化的負極材料備受關注，但硅原子最多只能與4個鋰原子合金化，因此在充放電中體積會以最大300％的比例反復膨脹和收縮，電池難以保持耐久性。另外，這樣形成的硅合金大多呈原子無序排列狀態(tài)，用以往的分析方法很難獲得詳細的原子級別的信息。（作者：狩集浩志，日經技術在線！供稿）
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在碳纖維上生長的硅納米線的SEM照片。(a)為平面照片，(b)為截面照片，(c)為（b）的放大圖。(d)為基于硅納米線電極的鋰離子電池及核磁共振檢測器的實驗概念圖。
