洛斯阿拉莫斯实验室：开发硅负极涂层 有望提升电池容量

在硅线锂离子电池中，电解液会剥离硅，阻断电子通路并大大降低充电能力。据外媒报道，为了开辟新的研究途径，研究人员详细研究这一过程，以充分利用硅的巨大潜力，打造高容量、长效电池，从而彻底改变手机、汽车等设备。

（图片来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室）

洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的科学家Jinkyoung Yoo表示：“基于新的认识，我们提议开发一种涂层方法，将硅与电解液隔离开来，从而提升硅纳米线锂离子电池的性能。”

研究人员认为，在下一代锂离子电池的实际应用中，硅是最有前途的高容量负极材料。在锂离子电池中，使用基于石墨的负极，可使电动汽车的续航里程超过400英里。硅负极电池的存储容量，是石墨负极电池的10倍多，但由于反复充电后会出现容量衰减，其开发受到阻碍。经过100次充放电循环后，使用硅的电池只能保留60%的原始存储容量。就日常技术而言，这还不够好。目前，其确切原因尚不明了。

在早期应用中，当硅球形粒子暴露在电解液中并进行充电时，会膨胀300%并破坏负极。在所有类型的电池中，将负极暴露于电解质的过程，会产生形成固体电解质界面膜(SEI) 的反应。SEI对电池中的电化学反应至关重要，并控制着电池稳定性。当SEI从负极分离时，如同剥离硅一样，电接触断开，电池容量下降。研究人员表示：“我们曾经认为，采用纳米线，可以解决硅在电解液中膨胀的问题。因为线长度可以拉长。然而，事实证明，我们并没有搞明白。”

为了深入进行研究，研究人员在不锈钢圆盘上种植了一片硅纳米线“森林”，作为电池实验的负极。该实验室的CINT设施具有独特的能力，可以使负极上直接生长这种硅线。然后，结合低温扫描透射电子显微镜与先进的分析算法，以3D方式揭示硅纳米线的相关结构和化学演化，及在其上形成的SEI。

新的研究发现，电解液会渗透到硅纳米线中的各个地方，形成SEI口袋，破坏电子通道。经过这一过程，最终在负极上形成孤立的硅岛，无益于电池容量。研究人员计划，下一步是在硅颗粒或纳米线上覆以涂层，以在电解液存在的情况下保持硅的完整性。