在硅电极上加入石墨烯真的能让锂电池寿命翻倍吗？

在锂电池中，具有极高比容量的硅会受到容量衰减的困扰。由于其在锂化时体积膨胀，硅粒子可以以化学方式聚集在一起，产生绝缘界面层，由于硅在反复充电时本质上不具有足够的弹性以应付锂化应变，这可导致阳极复合材料微结构的破裂，粉化和快速物理降解。

 

　　然而，英国华威大学的研究人员发现了一种新型阳极混合物，这种混合物可以在工业规模上制造。研究人员分离几个连接的石墨烯层后，可以得到几层石墨烯（FLG）材料。

 

根据“自然科学报告”上的题为“硅 - 少量石墨烯（FLG）复合电极系统的相关阻抗研究”的研究报告，FLG材料可以显着改善用于阳极的较大尺寸硅颗粒的性能。

 

　　因此，研究人员创建了60％微硅颗粒、16％FLG、14％钠/聚丙烯酸和10％碳添加剂的混合阳极，然后进行了100次充放电循环检查其性能以及材料结构的变化 。

 

FLG的薄片增加了材料的弹性和拉伸性能，大大减少了锂在硅化过程中物理膨胀所造成的损害，华威大学工程学院的高级研究员Melanie Loveridge博士是该研究的带头人，他说：“更重要的是，这些FLG片也可以非常有效地保持硅颗粒之间的分离程度。”

 

　　研究小组已经开始与剑桥大学，CIC，Lithops和IIT（意大利理工学院），进一步研究这项由Varta Micro-innovations领导的为期两年的项目，生产硅/石墨烯复合材料，并用于高能和高功率的锂电池。虽然高容量的Si负极材料的应用逐渐普及，但石墨负极凭借着优异的电化学性能仍然是目前主流的锂离子电池负极材料。在充电过程中Li+从正极脱出经过电解液扩散到负极表面嵌入到石墨负极内部，放电的过程则正好相反，石墨材料的嵌锂电位与金属Li接近，这一方面能够有效的提高锂离子电池的电压，从而提高能量密度，但是另一方面也导致目前常规的碳酸酯类电解液会在石墨负极表面发生还原分解，从而导致活性Li的消耗，众多的研究表明电解液在负极表面的分解是造成锂离子电池容量衰降的重要原因，因此石墨负极材料的选择对于提升锂离子电池的寿命特性具有重要的意义。虽然高容量的Si负极材料的应用逐渐普及，但石墨负极凭借着优异的电化学性能仍然是目前主流的锂离子电池负极材料。在充电过程中Li+从正极脱出经过电解液扩散到负极表面嵌入到石墨负极内部，放电的过程则正好相反，石墨材料的嵌锂电位与金属Li接近，这一方面能够有效的提高锂离子电池的电压，从而提高能量密度，但是另一方面也导致目前常规的碳酸酯类电解液会在石墨负极表面发生还原分解，从而导致活性Li的消耗，众多的研究表明电解液在负极表面的分解是造成锂离子电池容量衰降的重要原因，因此石墨负极材料的选择对于提升锂离子电池的寿命特性具有重要的意义。