日本科學家用噴霧沉積法制備硅納米顆粒 實現高容量全固態鋰電池

據國外媒體報道，日本國立材料科學研究所(NIMS)的研究人員進行的一項新研究表明，在固體電解質中通過噴霧沉積制備商用硅納米顆粒，然后由這種硅納米顆粒制成的硅陽極僅表現出優異的電極性能，而之前只有蒸發制備的薄膜電極表現出如此優異的性能。這種方法是一種非常劃算的大氣技術。研究結果表明，大規模、低成本生產高容量全固態鋰電池負極是可能的。

(圖片來源:日本國立材料科學研究所)理論上，硅的容量約為4200 mAh/g，約為商用鋰離子電池常用負極活性材料石墨的11倍。用硅代替傳統的石墨，可以大大延長電動汽車的續航里程。但在鋰化和脫鋰過程(電池充放電過程)中，硅的體積會發生很大變化(增加3倍左右)，從而阻礙了其在電池中的實際應用。在傳統的液體電解質中，需要使用高分子粘結劑將電極中的活性物質顆粒粘結在一起，使其附著在金屬集流體上。硅體積的巨大變化會導致顆粒的分離，從而導致活性物質的損失，進而導致容量的持續損失。在固態電池中，活性材料放置在兩個固態部件之間，即固體電解質隔板和金屬集電器。事實上，正如NIMS研究人員所說，濺射沉積的純硅薄膜的實際面積容量超過2.2 mAh/cm2，在固體電解質中表現出良好的循環穩定性和高倍率放電能力。然而，在全固態鋰電池中實現低成本和工業可擴展的合成陽極仍然是一個巨大的挑戰。NIMS研究小組采用了另一種合成方法，實現了由商用硅納米顆粒制成的全固態鋰電池的高性能陽極。研究人員發現，固態電池中的納米粒子有一個獨特的現象:鋰化后，在固體電解質隔板和金屬集流體之間的有限空間內，納米粒子的體積會膨脹，結構會被壓實，它們會明顯堆積，類似于蒸發制備的納米粒子。因此，通過噴射沉積制備用于陽極的納米顆粒將表現出優異的電極性能，這在以前僅在通過濺射沉積制備的薄膜電極中發現。噴射沉積是一種高性價比的大氣技術，可以實現批量生產。因此，這樣的發現可以為低成本大規模生產全固態鋰電池的高容量陽極鋪平道路。為了滿足電動汽車的要求，NIMS的研究人員繼續努力提高陽極的循環能力。據國外媒體報道，日本國立材料科學研究所(NIMS)的研究人員進行的一項新研究表明，在固體電解質中通過噴霧沉積制備商用硅納米顆粒，然后由這種硅納米顆粒制成的硅陽極僅表現出優異的電極性能，而之前只有蒸發制備的薄膜電極表現出如此優異的性能。這種方法是一種非常劃算的大氣技術。研究結果表明，大規模、低成本生產高容量全固態鋰電池負極是可能的。

(圖片來源:日本國立材料科學研究所)理論上，硅的容量約為4200 mAh/g，約為商用鋰離子電池常用負極活性材料石墨的11倍。用硅代替傳統的石墨，可以大大延長電動汽車的續航里程。但在鋰化和脫鋰過程(電池充放電過程)中，硅的體積會發生很大變化(增加3倍左右)，從而阻礙了其在電池中的實際應用。在傳統的液體電解質中，需要使用高分子粘結劑將電極中的活性物質顆粒粘結在一起，使其附著在金屬集流體上。硅體積的巨大變化會導致顆粒的分離……這將導致活性物質的損失，進而導致容量的持續損失。在固態電池中，活性材料放置在兩個固態部件之間，即固體電解質隔板和金屬集電器。事實上，正如NIMS研究人員所說，濺射沉積的純硅薄膜的實際面積容量超過2.2 mAh/cm2，在固體電解質中表現出良好的循環穩定性和高倍率放電能力。然而，在全固態鋰電池中實現低成本和工業可擴展的合成陽極仍然是一個巨大的挑戰。NIMS研究小組采用了另一種合成方法，實現了由商用硅納米顆粒制成的全固態鋰電池的高性能陽極。研究人員發現，固態電池中的納米粒子有一個獨特的現象:鋰化后，在固體電解質隔板和金屬集流體之間的有限空間內，納米粒子的體積會膨脹，結構會被壓實，它們會明顯堆積，類似于蒸發制備的納米粒子。因此，通過噴射沉積制備用于陽極的納米顆粒將表現出優異的電極性能，這在以前僅在通過濺射沉積制備的薄膜電極中發現。噴射沉積是一種高性價比的大氣技術，可以實現批量生產。因此，這樣的發現可以為低成本大規模生產全固態鋰電池的高容量陽極鋪平道路。為了滿足電動汽車的要求，NIMS的研究人員繼續努力提高陽極的循環能力。

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