鋰離子電池已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的一部分。不過，在這個能源緊缺的社會，仍要壽命更長、充電速度更快以及重量更輕的電池，以滿足電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品等各種應(yīng)用的需求，甚至，還包括滿足軍隊減輕士兵負重的要求，因為軍隊也會采用大量的電子產(chǎn)品。

（圖片來源：馬里蘭大學）

目前的鋰離子電池都采用石墨作為陽極，容量相對較小，可以采用容量更大、對環(huán)境影響更小的硅陽極取代。雖然此研究方向很有前景，但是含有粒度較大硅陽極的電池往往壽命更短，一般充放電循環(huán)不到50次。當研究人員嘗試采用硅、鋁和鉍等納米顆粒時，發(fā)現(xiàn)此類納米大小的合金陽極仍存在循環(huán)壽命短、成本高的問題。

據(jù)外媒報道，為此，美國馬里蘭大學（theUniversityofMaryland）和陸軍研究實驗室（theArmyResearchLaboratory）的研究小組打造了一種能夠在硅上形成保護層的電解質(zhì)。該保護層非常穩(wěn)定，能夠承受硅陽極顆粒的膨脹。新型電解質(zhì)設(shè)計合理，且應(yīng)用了適當?shù)幕驹?，為硅陽極粒子在保護層內(nèi)供應(yīng)了膨脹的空間。

馬里蘭大學化學與生物分子工程系JiChen博士表示：“我們的研究證明，是有可能將硅、鋁和鉍顆粒作為鋰離子電池的陽極、并穩(wěn)定它們的循環(huán)壽命的，只是要合理設(shè)計電解質(zhì)?！?/p>

馬里蘭大學XiulinFan博士現(xiàn)為我國浙江大學教授，他表示：“電池的能量密度是由電極決定的，而電池的性能則受電解質(zhì)嚴格控制。我們設(shè)計的電解質(zhì)可以采用微型合金陽極，將顯著提高電池的能量密度。”

目前硅陽極電解質(zhì)的設(shè)計目標是形成一種均勻的聚合物層，即固體電解質(zhì)界面SEI，而且該SEI非常靈活，可與硅緊密結(jié)合。不過，由于聚合物SEI與硅之間有強鍵合用途，使得SEI的體積變化與陽極顆粒的體積變化相同，因此，在電池運行過程中，陽極顆粒與SEI都會出現(xiàn)裂紋。

馬里蘭大學化學與生物分子工程系教授ChunshengWang表示：“經(jīng)過對硅電極進行的廣泛研究，電池界已經(jīng)達成共識，此種微型硅陽極不可用于商用鋰離子電池。但是，我們通過制造出一種與鋰化硅粘附性較差的陶瓷SEI，成功防止SEI發(fā)生損壞，而且該鋰化硅能夠在體積變化的過程中，在界面上重新移動，不會損壞SEI。此種電解質(zhì)設(shè)計原理適用于所有合金陽極設(shè)計，為研發(fā)高能量電池供應(yīng)了新機遇?！?/p>

不過，研究人員表示，仍存在將該電解質(zhì)實現(xiàn)商業(yè)化的挑戰(zhàn)，因為該電池的電壓局限為4.2V，仍需改進。