英國沃里克大學的研究人員通過用石墨烯梁加強陽極的結構，發(fā)現了一種有效的方法來用硅代替陽極中的石墨，從而提高鋰離子電池的容量，并使壽命延長一倍以上。

華威制造集團的研究人員在用硅樹脂取代鋰離子電池陽極上取得了重大進展。

石墨烯材料具有優(yōu)異的電學、熱學、光學以及強度等性能，在能源裝備、交通運輸、航空航天等領域擁有良好的應用前景，近年來獲得系列政策的大力扶持。

通過添加石墨烯梁，科學家們成功地克服了硅固有的性能問題，硅是地殼中含量第二大的元素，其重量能量密度是石墨的10倍，因此提高了電池的容量，并延長了其壽命兩倍以上。

在典型的鋰離子電池中，硅的容量會衰減。由于硅粒子在鋰化過程中體積會膨脹，所以隨著時間的推移，硅粒子會以電化學的方式團聚，從而阻礙進一步的充放電效率。

由于硅在本質上沒有足夠的彈性來應對反復充電時的固化應變，這可能會導致陽極復合微觀結構的開裂、粉碎和快速物理降解。

然而，英國華威大學的研究人員發(fā)現了一種新的陽極混合物，可以在工業(yè)規(guī)模上生產，而不需要求助于硅的納米尺寸及其相關問題。

分離和操縱幾層相連的石墨烯，使研究人員獲得了少層石墨烯（FLG）材料。

根據發(fā)表在《自然科學報告》上的題為《硅-少層石墨烯復合電極系統(tǒng)的相相關阻抗研究》的研究，當將FLG材料用于陽極時，可以顯著提高較大微米級硅顆粒的性能。

因此，研究人員創(chuàng)造了由60%的硅微粒、16%的FLG、14%的鈉/聚丙烯酸和10%的碳添加劑混合的陽極，然后檢查超過100次充放電循環(huán)的性能（以及材料結構的變化）。

梅蘭妮·洛夫里奇博士（Melanie Loveridge博士）是該大學WMG的高級研究員，他注意到FLG薄片提高了材料的彈性和拉伸性能，從而大大降低了鋰在鋰化過程中因物理膨脹而造成的損害。 Warwick的研究人員說：“更重要的是，這些FLG薄片在保持硅顆粒之間的分離度方面也非常有效。每個電池充電周期都會增加硅顆粒之間發(fā)生電化學焊接的機會。

這種增加的團聚作用逐漸減少并限制了電解液進入電池中所有顆粒的通道，并阻礙了鋰離子的有效擴散，這當然會降低電池的壽命和功率輸出。在WMG華威大學測試的混合物中，FLG的存在使研究人員假設這種現象在減輕電化學硅聚變方面非常有效。

進一步研究團隊已經開始工作這一成就一個為期兩年的項目的一部分由瓦爾塔宏，與橋大學，中投，Lithops和IIT（意大利理工學院）一起對硅/石墨烯進行工業(yè)化前生產的這一成就項目的進一步工作。復合材料并加工成用于高能量和高功率應用的鋰離子電池。

文章來源： 微鋰電微信公眾號，電子發(fā)燒友