據外媒報道，由于硅的能量密度較高，因此其成為了一款極具吸引力的鋰離子電池陽極材料。然而，在充電周期內，當電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達300%。而隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能、短路、并最終導致電池報廢。為改進上述缺點并大體維持電池的能量密度，目前采用一氧化硅（SiOx, x≈1）來制作鋰離子電池的陽極。
硅基氧化物陽極的應用
硅基氧化物的可逆比容量（reversible specific capacity）較高，循環性能也有所提升。然而，該材質仍不可避免地出現體積改變，且導電性弱。目前已開展了大量的研究工作，旨在應對上述技術難題。如今，中國和美國的研究團隊各自發表了研究結果，找到了兩種新的改進方法。
美國團隊的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳復合物
肯塔基大學（University of Kentucky）研究團隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質素（Kraft lignin）混合后，合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復合物（binder-free SiOx/C），用于制作鋰離子電池的電極。經熱處理后，木質素形成一種導電體（conductive matrix），可容納大量的硅基氧化物顆粒，確保電子導電率（electronic conductivity）、連接性、適應鋰化/脫鋰反應（lithiation/delithiation）期間的體積變動。該材質無需采用常規的粘合劑或導電劑。
該復合材質制作的電極的性能表現極為出色。相較于體積變化率相對較小的硅基氧化物電極（160%）而言，其機械電化學性能較為出色，木質素碳素矩陣（carbon matrix）的彈性較大，可適應體積變動。
中國團隊的研究的成果：微型SiOx/C芯殼（core?Cshell）復合物
中國研究團隊則研發了一款高效的解決方案，制備微型SiOx/C芯殼（core?Cshell）復合物。該研究團隊將檸檬酸（citric acid）與經球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，隨后就獲得了一款質地均勻的SiOx/C芯殼復合物——SiOx微芯與檸檬酸碳殼（conformal carbon shell）。
碳殼大幅提升了硅基氧化物的電導率，緩和了適應鋰化/脫鋰反應期間的體積變化。采用SiOx/C復合物制作的電極，其可逆比容量為1296.3 mAh/g，庫倫效率（coulombic efficiency）高達99.8%，充放電200次后，容量保持率在65.1%（843.5 mAh/g）。
據該研究團隊透露，該復合物的放電效能極為出色，該方法可實現批量生產，具有成本效益，可大批量生產由SiOx/C復合物制作的高性能陽極材料
鋰電池陽極材質膨脹難攻克 美中研發團隊各推出新方案
2017-07-27 瀏覽:362