在硅电极上添加石墨烯大梁可以使锂电池的寿命延长一倍

华威大学的WMG领导的新研究发现了一种有效的方法，该方法可以通过使用石墨烯大梁增强阳极结构来替代使用硅的锂离子电池阳极中的石墨。这可以使可充电锂离子电池的寿命增加一倍以上，并且还可以增加这些电池提供的容量。

自索尼最初推出以来，石墨一直是锂离子电池阳极的默认活性材料选择，但研究人员和制造商长期以来一直在寻求用硅代替石墨的方法，因为石墨是一种重量很轻的能源，可利用的元素十分丰富石墨的密度。不幸的是，硅还有其他一些性能问题，这些问题继续限制其商业开发。由于其在锂化时的体积膨胀，硅颗粒可以电化学方式附聚，从而随着时间的推移阻碍进一步的充放电效率。硅在反复充电时本身的弹性也不足以应付锂化的应变，从而导致阳极复合微结构的开裂，粉碎和快速物理降解。这极大地导致了容量衰减，以及在对电极-阴极上发生的退化事件。以手机为例，这就是为什么我们必须为手机充电时间越来越长的原因，这也是为什么它们不愿为手机充电那么久的原因。

许多方法试图克服这些问题。例如，将纳米级/结构化的硅颗粒与微米级的石墨烯一起使用，但这并不能令人满意。使用纳米尺寸的硅颗粒会大大增加可用的反应表面数量。这导致在第一个充电周期中有更多的锂沉积在硅上，从而在硅和电解质之间形成固体电解质相间势垒，从而大大减少了锂的存量，从而降低了电池的使用寿命。该层还在硅上继续生长，因此锂的损失变得连续。掺入不同尺寸的其他材料(例如石墨烯)的其他方法已被认为不可行，然后进行大规模生产。

然而，由华威大学WMG的Melanie Loveridge博士领导的新研究发现并测试了一种新型的硅阳极混合物和一种化学修饰的石墨烯，可以解决这些问题并制造出可行的硅阳极锂离子电池。可以在工业规模上实际制造这种方法，而无需诉诸硅的纳米尺寸及其相关问题。这项新研究刚刚于2018年1月23日(星期二)在《科学报告》中发表在一篇论文上，该论文的标题为硅很少层石墨烯(FLG)复合电极系统的相相关阻抗研究。