东芬兰大学开发自立式介孔硅薄膜负极 可用于锂离子电池

盖世汽车讯 据外媒报道，东芬兰大学（University of Eastern Finland）的研究人员开发了一种自立式介孔硅膜负极，可用于锂离子电池。

（图片来源：东芬兰大学）

与典型的浆液基电极不同，这种薄膜电极不需要通过碳添加剂和粘合剂来接合颗粒。但是，仍然在电池中表现出卓越的性能。这种电极设计取得成功，为实现高能密度锂离子电池提供了有效策略。

在便携式电子设备和电动及混动汽车中，锂离子电池具有广泛的应用。因此，人们迫切需要开发高性能锂离子电池。对于下一代锂离子电池，硅被视为极有前景的负极材料，因其具有高理论比容量和安全的电化学电位。然而，硅负极在循环过程中会出现体积膨胀和收缩，导致硅与其他电池组件之间产生电接触损耗，最终使电池失效。

全球电池研究人员一直致力于提升硅电极的性能，其中包括东芬兰大学。该校研究人员通过电化学蚀刻技术，开发了一种可用于锂离子电池的自立式介孔硅薄膜负极。其理念在于介孔硅中的孔隙，可以容纳循环时出现的体积膨胀，从而实现稳定的电池循环。研究人员通过相关分析，系统性探讨孔隙特征对电极性能的影响，并揭示其中的关系。

为了探讨它们之间的相关性，研究人员对硅薄膜进行了详细的孔隙分析和电化学表征。相关分析显示，可逆比容量和初始库仑效率（ICE），均与孔隙率和表面积存在强负相关关系。循环性能则取决于薄膜厚度和孔隙特征。只有长期循环稳定性和孔径之间呈正相关。在半电池比容量仅为1200mAh g−1的情况下，最佳硅薄膜负极可稳定循环超过450次，ICE为81.2%。

该研究为高性能锂离子电池用多孔硅材料的发展指明了方向。更为重要的是，这为电池材料研究，尤其是研究硅负极的人员，提供了更好地评估电极性能的见解，并为电池研究制定了更具成本效益的评估策略。