高性能电解质解决了电池难题

锂离子电池已经成为我们日常生活不可或缺的一部分。但是，我们的能源需求社会要求更长的寿命，更快的充电速度和更轻的电池，以用于从电动汽车到便携式电子产品的各种应用，其中包括随着陆军采用大量电子产品来减轻士兵的负担。

我们能接近更轻，更快充电的电池吗?当前的锂离子电池使用石墨作为负极，其具有相对低的容量，并且可以被具有高容量和低环境影响的硅负极代替。这是一个非常有前途的研究方向，但难以捉摸，因为带有大粒径硅阳极的电池寿命通常较短，通常少于50个循环。当研究人员尝试使用硅，铝和铋的纳米粒子时，他们发现这些纳米级合金阳极仍然寿命短，成本高。王春生和他的同事们可能已经找到了解决这一降解问题的新方向：电解质。

马里兰大学和陆军研究实验室的团队制造了一种电解质，该电解质可在硅上形成保护层，该保护层稳定并可以抵抗硅阳极颗粒中发生的溶胀。合理设计并采用了基本原理的新型电解液为Si提供了阳极颗粒空间，从而可以洞悉被保护层。研究结果于2020年4月20日发表在《自然能源》杂志上。

马里兰大学化学与生物分子工程学系论文的主要作者季吉博士说：“我们的研究证明，稳定循环硅，铝和铋粒子作为锂离子是可行且可行的。电池阳极，简单地采用合理设计的电解质，以前被认为是无法实现的。”

“电池的能量密度由电极决定，而电池的性能则由电解质严格控制。设计的电解质可以使用微型合金阳极，从而显着提高电池的能量密度， ”马里兰大学的第一作者，现在是中国浙江大学的教授范秀林博士说。

奥莱格博士说：“目前通过分子建模和实验相结合的努力，为合理设计电解液的新方向提供了一条清晰的道路，从而使高容量硅阳极具有较长的循环寿命，从而为开发战斗人员的高能电池开辟了道路。” Borodin，来自陆军研究实验室的合作者。

当前用于硅阳极的电解质设计旨在形成称为固态电解质界面或SEI的均匀聚合物层，该聚合物层具有柔韧性并与硅牢固结合。但是，聚合物SEI和硅之间的牢固结合迫使SEI具有与阳极颗粒相同的体积变化，因此在电池运行期间，颗粒和SEI均会破裂。

马里兰大学化学与生物分子工程学教授王春生说：“经过对硅电极的广泛研究，电池界已经达成共识，微型硅阳极不能用于商用锂离子电池。” “我们通过形成对锂硅颗粒具有低亲和力的陶瓷SEI成功地避免了SEI损坏，从而使锂硅可以在体积变化过程中重新定位在界面上而不会损坏SEI。电解质设计原理适用于所有合金阳极，为开发高能电池提供了新的机会。”

Wang说，电解质的商业化仍然面临挑战，4.2V的电压范围仍然需要扩大。