鋰離子電池已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。然而，我們這個(gè)能源緊缺的社會(huì)要更長(zhǎng)的壽命、更快的充電速度和更輕的電池，用于從電動(dòng)汽車到便攜式電子產(chǎn)品的各種應(yīng)用。

目前這一代鋰離子電池采用石墨作為陽極，其容量相對(duì)較低，有可能被容量較高、環(huán)境影響較小的硅陽極替代。這是一個(gè)非常有前途的研究方向——但難以捉摸，因?yàn)閹в写箢w粒硅陽極的電池往往壽命較短，通常不到50次循環(huán)。

但當(dāng)研究人員嘗試使用硅、鋁和鉍的納米顆粒時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這些納米合金陽極仍然存在周期短、成本高的問題。然而，現(xiàn)在，來自馬里蘭大學(xué)和美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員可能已經(jīng)找到了解決這一降解問題的新方法：電解液。

這些研究人員已經(jīng)制造出一種電解質(zhì)，在硅上形成一個(gè)保護(hù)層；這一層是穩(wěn)定的，能夠抵抗通常在硅陽極顆粒中出現(xiàn)的膨脹。新的電解液——合理地設(shè)計(jì)了基本原理——為硅在保護(hù)層內(nèi)膨脹供應(yīng)了陽極顆?？臻g。研究人員在《自然能源》的一篇論文中報(bào)告了他們的工作。

quot我們的研究證明，只要合理設(shè)計(jì)電解液，就可以穩(wěn)定地循環(huán)硅、鋁和鉍顆粒作為鋰離子電池陽極，這在以前是不可能實(shí)現(xiàn)的，馬里蘭大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的JiChen說，他是這篇論文的重要作者。

quot電池的能量密度由電極決定，而電池的性能則由電解質(zhì)嚴(yán)格控制。設(shè)計(jì)的電解液能夠使用微型合金陽極，這將顯著提高電池的能量密度，quot來自馬里蘭大學(xué)、現(xiàn)任我國浙江大學(xué)教授的XiulinFan說。

美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的合作者OlegBorodin說：quot目前通過分子模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的努力，為合理設(shè)計(jì)能夠延長(zhǎng)大容量硅陽極循環(huán)壽命的電解質(zhì)開辟了一條新的方向quot。

目前的硅陽極電解液設(shè)計(jì)的目的是在陽極上形成一個(gè)稱為固體電解質(zhì)界面（SEI）的均勻聚合物層，該層具有柔性，與硅結(jié)合牢固。糟糕的是，聚合物SEI和硅陽極之間的強(qiáng)結(jié)合迫使SEI在膨脹時(shí)經(jīng)歷與陽極粒子相同的體積變化，從而導(dǎo)致電池運(yùn)行過程中粒子和SEI同時(shí)開裂。

馬里蘭大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授ChunshengWang說：quot經(jīng)過對(duì)硅電極的廣泛研究，電池界已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，微型硅陽極不能用于商用鋰離子電池。quot我們成功地防止了SEI的損傷，形成了一種與鋰化硅顆粒親和力較低的陶瓷SEI，使鋰化硅在體積變化時(shí)能夠在界面上重新定位而不損傷SEI。電解液設(shè)計(jì)原理對(duì)所有合金陽極都具有普遍性，為開發(fā)高能電池開辟了新的機(jī)遇。quot

Wang說，電解液的商業(yè)化仍面對(duì)挑戰(zhàn)；例如，4.2V的電壓窗口仍需擴(kuò)大。

美研發(fā)鋰離子電池新型電解液可在硅陽極形成穩(wěn)定陶瓷保護(hù)層