用石墨片包裹硅屑制备锂离子电池电极

锂离子电池（LIB）广泛应用于各种移动电子设备中。对全球变暖和气候变化的担忧最近推动了电动汽车和太阳能光伏发电对锂离子电池的需求。研究表明，硅是一种活性材料，其理论容量高达3578 mAh/g，约为石墨（372 mAh/g）的十倍。

现在，大阪大学的一个研究小组已经使用超薄石墨片（GSs）包裹的片状硅纳米粉末来制造具有高面积容量和电流密度的LIB电极。

通常作为工业废料处理，全球每年以10万吨的速度从硅锭中产生硅屑，这些硅锭是在1000~1800°C的条件下生产的。水基冷却剂和固定磨粒线锯为硅屑作为一种高容量、低成本的阳极活性材料的应用铺平了道路。

纳米碳材料已应用于硅电极欧洲杯足球竞彩，以提高导电性和可循环性。许多以相对较高的成本处理硅电极大体积变化的策略已经被证明。然而，硅电极并没有结合高电极性能的所有要求，即降低成本、材料和工艺的环境友好性以及循环经济。

“在这项研究中，硅屑和膨胀石墨制成的硅/石墨片复合材料被用作活性材料，降低了成本和热预算。硅纳米粉分散和包裹在膨胀石墨制备的GSs之间，第一作者蔡杰永解释道。GS桥是在裂缝上形成的，可以抑制Si的开裂和脱落。团聚的GSs包覆Si/GS复合材料，并作为稳定的框架，为硅体积变化确保电解质路径和缓冲空间。”

由于Si/GS复合结构的限制，在1200 mAh/g条件下循环次数可达901次。Si/GS电极的表面放电容量和电流密度线性增加至4 mAh/cm²和5 mA /厘米²(图3)，而C₂H₄没有竞争力。

“高容量、高电流密度的硅阳极电池具有应用于电动汽车的潜力。这种潜力，再加上工业废料硅屑的日益增多，将使我们的工作有助于减少温室气体排放和实现可持续发展目标。”通讯作者松本武聪说。

这篇文章,“石墨片包裹的硅屑，用于锂离子电池电极，具有改进的过电压和可循环性。”发表在电化学学会杂志在内政部：https://doi.org/10.1149/1945-7111/abdd7e

资料来源：https://www.osaka-u.ac.jp/en