導讀： 提起硅(gui)負極(ji)你想(xiang)到的(de)是什么(me)呢？大(da)容(rong)量、高體(ti)積膨(peng)脹？硅(gui)負極(ji)作為新一(yi)代(dai)的(de)鋰離子電池負極(ji)材(cai)料(liao)，其容(rong)量*高可達4200mAh/g，是石墨(mo)負極(ji)材(cai)料(liao)的(de)10倍以上，是*具希望的(de)下一(yi)代(dai)鋰離子電池負極(ji)材(cai)料(liao)。
OFweek鋰電(dian)網訊 提起硅負極你想到的是什么呢？大容量、高體積膨脹？硅負極作為新一代的鋰(li)離(li)子電池(chi)負(fu)極(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)，其(qi)容量*高可達(da)4200mAh/g，是石墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)10倍(bei)以(yi)上，是*具希望的(de)(de)下一代鋰離子電池負(fu)極(ji)(ji)材(cai)(cai)料(liao)。
在(zai)這耀(yao)眼(yan)的(de)(de)光環下，硅(gui)負(fu)極(ji)也存在(zai)著(zhu)難以克服的(de)(de)缺點，這主要源于硅(gui)負(fu)極(ji)在(zai)嵌鋰過程中嚴(yan)重的(de)(de)體積(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)，在(zai)完全嵌鋰狀態下，硅(gui)負(fu)極(ji)的(de)(de)體積(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)可達300%，這會造成(cheng)材料顆粒(li)的(de)(de)粉化和脫(tuo)落，嚴(yan)重影響(xiang)其電(dian)(dian)(dian)化學性(xing)能(neng)。人(ren)們竭力(li)減少(shao)硅(gui)負(fu)極(ji)材料的(de)(de)體積(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)，例(li)如納米顆粒(li)、薄(bo)膜電(dian)(dian)(dian)極(ji)、碳包覆處理等方(fang)法(fa)，都(dou)是(shi)(shi)人(ren)們為克服硅(gui)負(fu)極(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)所做出的(de)(de)努力(li)。體積(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)對(dui)于鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)是(shi)(shi)一個(ge)壞消(xiao)息(xi)，但是(shi)(shi)讓我們換個(ge)角度考(kao)慮一下，硅(gui)負(fu)極(ji)巨(ju)大(da)的(de)(de)體積(ji)膨(peng)脹(zhang)(zhang)是(shi)(shi)不是(shi)(shi)還有一些特使的(de)(de)用途呢？
清華大學的(de)(de)(de)(de)Jialiang Lang等(deng)人就利用了(le)(le)硅(gui)負極(ji)在(zai)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)體積(ji)膨(peng)脹開發了(le)(le)一(yi)款“微型起(qi)重(zhong)機”。該(gai)“微型起(qi)重(zhong)機”實際上是一(yi)個軟包鋰離子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，其正極(ji)采用了(le)(le)體積(ji)變化很(hen)小的(de)(de)(de)(de)LiFePO4材(cai)料，而負極(ji)使用了(le)(le)硅(gui)負極(ji)材(cai)料，電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)容(rong)量(liang)(liang)為2.1Ah。并利用該(gai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)進(jin)行(xing)了(le)(le)“舉水實驗”，在(zai)實驗中(zhong)該(gai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)通過充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)“舉起(qi)”了(le)(le)637.5g的(de)(de)(de)(de)水，在(zai)完全(quan)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)狀(zhuang)態下電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)膨(peng)脹所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)強(qiang)達(da)到了(le)(le)25.8KPa，在(zai)后(hou)續(xu)的(de)(de)(de)(de)循環過程中(zhong)產生(sheng)了(le)(le)平(ping)均21KPa的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)。后(hou)續(xu)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究表明，該(gai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)能(neng)夠產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)*高壓(ya)力(li)可(ke)達(da)17MPa。在(zai)整個充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)平(ping)臺期間，該(gai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)可(ke)以(yi)持續(xu)產生(sheng)10MPa以(yi)上的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)。在(zai)該(gai)過程中(zhong)，充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)分(fen)(fen)為3部(bu)分(fen)(fen)，一(yi)部(bu)分(fen)(fen)轉化為機械能(neng)，一(yi)部(bu)分(fen)(fen)轉換為化學能(neng)儲存在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)，一(yi)部(bu)分(fen)(fen)則轉化為熱能(neng)耗(hao)散了(le)(le)。
當然對于一(yi)款意(yi)在(zai)將電(dian)(dian)能(neng)轉換為(wei)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)(de)(de)(de)設備，快速(su)(su)的(de)(de)(de)(de)響應(ying)的(de)(de)(de)(de)能(neng)力自然是十分重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)，Jialiang Lang對電(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)快速(su)(su)充(chong)放電(dian)(dian)模式下，體積(ji)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)(de)響應(ying)速(su)(su)度進行(xing)了研究。研究表明電(dian)(dian)池(chi)(chi)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)對脈沖電(dian)(dian)流有著(zhu)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)響應(ying)速(su)(su)度。并(bing)且膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)距離與(yu)(yu)充(chong)電(dian)(dian)時間(jian)基(ji)本呈現線(xian)性關系(xi)，在(zai)2A/g的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)流密度下，膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)速(su)(su)度為(wei)1.6nm/s，因(yin)此該(gai)方案(an)可(ke)(ke)以用于納米(mi)(mi)精(jing)度的(de)(de)(de)(de)定位。電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)速(su)(su)度主(zhu)要(yao)與(yu)(yu)硅負極的(de)(de)(de)(de)面密度、電(dian)(dian)池(chi)(chi)厚度和電(dian)(dian)流密度相關，因(yin)此在(zai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)定型(xing)的(de)(de)(de)(de)前(qian)提(ti)下，我們(men)可(ke)(ke)以通過控制(zhi)電(dian)(dian)流的(de)(de)(de)(de)方式來控制(zhi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)速(su)(su)度，從(cong)而達到我們(men)所需要(yao)的(de)(de)(de)(de)控制(zhi)精(jing)度。在(zai)該(gai)研究中，Si負極的(de)(de)(de)(de)容量發揮僅(jin)為(wei)800mAh/g，因(yin)此該(gai)“微型(xing)起重(zhong)機(ji)”還有很(hen)大的(de)(de)(de)(de)提(ti)升空(kong)間(jian)。該(gai)“微型(xing)起重(zhong)器”能(neng)夠**的(de)(de)(de)(de)產生(sheng)納米(mi)(mi)尺度的(de)(de)(de)(de)位移，并(bing)能(neng)承受(shou)巨大的(de)(de)(de)(de)負載，因(yin)此可(ke)(ke)以應(ying)用在(zai)一(yi)些需要(yao)在(zai)納米(mi)(mi)級高精(jing)度定位的(de)(de)(de)(de)領域，例(li)如(ru)操作掃描(miao)隧道顯微鏡的(de)(de)(de)(de)探針等。反其(qi)道而行(xing)之(zhi)，往往能(neng)取得(de)不錯的(de)(de)(de)(de)效果(guo)。
