硅及少層石墨烯骨架提高鋰離子電池性能

英國華威大學WMG（華威製造集團）的研究人員已經開發出硅 - 少層石墨烯（Si-FLG）複合電極作為替代鋰離子電池陽極中的石墨的有效方法。石墨烯桁材在加強硅陽極結構、循環性、電極電阻和擴散性方面得到顯著改善。《Scientific Report》發表了一篇關於其工作的開放式論文。

儘管硅作為十分充足的地殼元素，是傳統石墨能量密度的十倍，但是一些性能問題仍然限制其商業開發。由於鋰化時的體積膨脹，硅粒子可能會阻礙進一步的充電——放電效率的方式電化學聚集。

硅在反覆充電時也不具有足夠的彈性以應付鋰化應變，導致陽極複合材料微結構的開裂，粉碎和快速物理降解。這導致容量衰減以及陰極降解。

許多方法試圖克服這些問題，包括使用具有微米尺寸石墨烯的納米尺寸/結構化硅顆粒。但是，這並不令人滿意。使用納米尺寸的硅顆粒顯著增加了可用的反應的比表面，這導致在第一次充電循環期間在硅上沉積更多的鋰，從而在硅和電解質之間形成固體電解質相界面勢壘，並且因此大大減少了鋰存量以及電池的使用壽命。

這個鋰層也繼續在硅上生長，所以鋰損失變得連續。結合其他材料（例如不同尺寸的石墨烯）的其他方法已被認為不適用於大規模生產。

由沃里克大學WMG的Melanie Loveridge博士領導的這項新研究發現並測試了一種新的硅陽極混合物和一種化學修飾的石墨烯，可以解決這些問題並創造出可行的硅陽極鋰離子電池。這種方法可以在工業規模上進行製造，而不需要求助於納米尺寸的硅及其相關問題。

石墨烯是單一的，一個原子層的礦物石墨（碳的同素異形體）。 然而，也可以分離和操縱幾個連接的石墨烯層，材料研究人員稱為少層石墨烯（FLG）。

以前的研究已經測試了使用納米級硅的FLG，但是這項新的研究發現，FLG還可以改善用於陽極的較大尺寸的硅微粒的性能。這種混合物可以顯著延長鋰離子電池的使用壽命，並提供更高的功率容量。

研究人員製作了60％微硅顆粒，16％FLG，14％鈉/聚丙烯酸和10％碳添加劑的陽極混合物，然後在100次充電的情況下檢查性能（以及材料結構的變化）放電循環。

WMG研究小組已經開始進一步研究這一進展，這將包括進一步的研究和研究，作為由Varta Micro-innovations領導的為期兩年的項目的一部分。 該項目的主要目標是推進硅/石墨烯複合材料的前工業化生產及其後續加工成為高能量和高功率應用的鋰離子電池。

作為該項目的一部分，沃里克的WMG將優化鋰離子電池的電極研究，促進優能電池製造。

來源：greencarcongress.com。由Graphene石墨烯快訊獨家翻譯整理，轉載請註明出處。也歡迎大家投稿、轉載、留言以及互動，共同關注石墨烯的發展。

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