纳米材料和锂可充电电池

(TechXplore)—斯坦福大学的孙永明，刘念和崔翠在《自然能源》的一篇评论文章中调查了纳米材料如何推动锂可充电电池领域的发展，以及制造高容量可充电锂电池仍需克服的障碍电池是一种实用的能源。

许多电子和便携式设备都使用锂电池。当前的锂电池的容量远低于其潜在容量。许多研究人员已尝试设计出廉价且可多次充电的高容量锂电池。但是，提供更高存储容量的电池化学成分也具有令人难以置信的缺点。为了克服这些缺点，研究人员已转向纳米材料作为解决方案。

高容量锂电池的第一个主要缺点是，在对电池放电和再充电的过程中，电极材料的体积会发生巨大变化。最终导致电极退化。当电极通过增加和减少材料循环时，它将破裂和破裂。

纳米材料提供了颗粒级和电极级的可能解决方案。纳米材料往往比其他材料更耐机械降解。一种解决方案是使用小于锂电化学电池的临界断裂尺寸的纳米颗粒或纳米线。

在电极级，纳米材料可用作一种“胶水”，以将阳极颗粒固定在一起。活性材料的不断断裂，破裂和重新形成会导致电气断开，但是“胶水”可以使活性材料保持电气连接，从而延长了锂电池的使用寿命。非晶硅胶已被用于将硅纳米颗粒粘合在电极上。

解决大体积变化的其他解决方案包括使用卵黄壳纳米结构形成纳米复合材料或捕获关键化合物(例如硫)。

困扰锂电池单元的一个问题是固体阳极与电解质之间的沉淀层的积累。锂固体会在阳极表面形成，形成仍能传导锂离子的电子绝缘层。这被称为固体电解质中间相或SEI。由于充放电时发生的体积变化，SEI变得不稳定，并且裂纹暴露在电极上。这导致更多的固体生长，直到最终活性物质被消耗或降解。