“美韩合作研发全硅高能量密度固态电池 可用于电动汽车、电网存储”

据世界汽车新闻报道，美国加州大学圣地亚哥分校( university of california san diego )的纳米工程师和韩国lg新能源电池企业) lg能源解决方案( lg energy solution )的研究人员在业内迅速发展了两块电池。 该电池即使使用固体电解质，也使用全硅阳极，为全固体硅电池。 前几次测试结果表明，该电池非常安全、耐用、能量密集，有望在电网储能、电动汽车等广泛应用中发挥作用。

全硅固体电池(照片来源:加州大学圣地亚哥分校) )。

硅阳极以能量密度闻名，其能量密度是目前商用锂离子电池最常用的石墨阳极的10倍。 另一方面，硅阳极因电池充放电时碰撞收缩的方法和在液体电解质中如何分解而臭名昭著。 尽管能量密度高、有吸引力，但上述课题是全硅阳极不能用于商用锂离子电池。 但是，由于此次研究人员使用了正确的电解质，全硅阳极有着迅速的发展前景。

能量密度高的新一代固体电池始终以金属锂为阳极，这限制了电池的充电速度，也限制了电池充电时温度上升(一般在60℃以上)的诉求。 硅阳极可以克服这种限制，在室温到低温下实现更快的充电速度，维持高能量密度。

该团队展示了在室温下进行500次充放电循环，可以维持80%容量的实验室电池。

硅阳极代替石墨阳极

当然，硅阳极并不新鲜。 几十年来，科学家和电池制造商一直将硅作为高能量密度的材料，用于混合或完全取代锂离子电池中以前传入的石墨阳极。 理论上，硅的存储容量约为石墨的10倍。 但实际上，在锂离子电池的阳极添加硅来提高能量密度，一般会面临现实的性能问题，特别是电池维持性能，能够充放电的次数不够。

大部分问题是由硅阳极与掺入的液体电解质的相互作用引起的。 硅粒子在电池充放电中体积会大幅膨胀，因此情况会变得更多、更复杂。 随着时间的推移，会导致严重的容量损失。

为此，加州大学圣地亚哥分校的团队采取了不同的方法，去除了全硅阳极所采用的碳和粘合剂。 另外，研究人员使用微硅，与纳米硅相比，该硅材料所需的加工少，价格低廉。

全固体处理方案

除了除去阳极上的所有碳和粘合剂外，该小组还除去了液体电解质。 相反，他们使用基于硫化物的固体电解质。 实验结果表明，该固体电解质在全硅阳极电池中非常稳定。

过去，研究者为了实现硅合金阳极的商业化，聚焦于硅-石墨复合材料，或使纳米结构的粒子与聚合物结合，但仍然会遇到不稳定的情况。

通过将液体电解质更换为固体电解质，从硅阳极中去除碳和粘结剂，解决了电池工作时阳极浸入有机液体电解质所带来的一系列相关课题。 此外，通过去除阳极中的碳，该团队大幅减少了与固体电解质的界面接触(以及不必要的副作用)，抑制了一般在液体电解质中发生的连续容量损失。

通过这两个阶段的技术，研究人员完全可以利用硅的低价、高能源、环境保护的特点。 目前，初创企业的unigrid battery已经取得了制造这种全硅固态电池技术的许可权。