中國(guó)粉體網(wǎng)訊 據(jù)媒體報(bào)道，3月29日，小米春季新品發(fā)布會(huì)上全球首發(fā)超級(jí)快充硅氧負(fù)極電池，新材料帶來(lái)更快充電、更高電池密度，電量達(dá)5000mAh。小米方面表示，小米率先將新能源汽車電池技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)，兼顧快充、手感以及大電量。
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據(jù)科研人員介紹，目前鋰離子電池中廣泛使用的是石墨負(fù)極材料，容量發(fā)揮已接近其理論比容量（372mA·h/g），因此迫切需要開發(fā)出具有更高比容量的負(fù)極材料。
硅負(fù)極具有很高的理論比容量（4200mA·h/g）和較低的電化學(xué)嵌鋰電位（約0.4 V vs.Li/Li+），是公認(rèn)的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而，硅負(fù)極巨大的體積效應(yīng)（約300%）以及由此引發(fā)的電極粉化和不穩(wěn)定的SEI阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。
目前硅負(fù)極的實(shí)用化主要有三種策略，即碳包覆氧化亞硅、納米硅碳和無(wú)定形硅合金。其中，氧化亞硅（SiOx，0＜x＜2）是一種極具有應(yīng)用前景的硅基負(fù)極材料，其具有更小的體積膨脹和更好的循環(huán)穩(wěn)定性，然而較低的首次庫(kù)侖效率是制約其應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)。
SiOx的結(jié)構(gòu)目前還存在一定的爭(zhēng)議，不過(guò)大多數(shù)報(bào)道認(rèn)為它是一種硅納米粒子（2~5nm）彌散分布在無(wú)定形二氧化硅之中的結(jié)構(gòu)。SiOx的電化學(xué)性能主要受氧含量x調(diào)控，x越大，比容量越低，但循環(huán)性能更好。
規(guī)�；a(chǎn)的SiOx受熱力學(xué)平衡的限制，x一般為1，其嵌鋰的一種可能形式為：4SiO+17.2Li→3Li4.4Si+Li4.4SiO4，按此方程式計(jì)算其首次充放電比容量分別為2615和2007mA·h/g，首效為76.7%，SiO首次嵌鋰產(chǎn)生的不可逆硅酸鋰相雖然導(dǎo)致了較低的首效，但是卻有助于緩沖材料的體積變化，提升循環(huán)穩(wěn)定性。
在SiO體系中可以應(yīng)用納米化和碳包覆兩種策略。首先，碳包覆含量越高，SiO單體容量越低（歸因于SiO含量的降低），但是首效和循環(huán)性能均有所提升。然而，在SiO與石墨的復(fù)合體（容量均約為600mA·h/g）中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳包覆含量為15%時(shí)，其具有最優(yōu)的循環(huán)性能和庫(kù)侖效率，這歸因于其最小的極化和阻抗。在驗(yàn)證SiO的尺寸效應(yīng)時(shí)，小粒徑樣品在扣電和全電中均具有最好的循環(huán)性能和庫(kù)侖效率，以及最小的阻抗。
目前納米硅基負(fù)極材料的應(yīng)用尚處于起步階段，正不斷拓展至消費(fèi)電子、電動(dòng)工具、動(dòng)力電池領(lǐng)域。我國(guó)在該材料領(lǐng)域已經(jīng)具有眾多核心專利，納米硅負(fù)極在國(guó)內(nèi)及國(guó)際上的蓬勃發(fā)展未來(lái)可期。
其中，動(dòng)力型電池將占據(jù)今后鋰離子電池的主要市場(chǎng)份額，高安全性和高能量密度是其追求的顯著特點(diǎn)，兼顧高能量密度同時(shí)控制電池的體積膨脹是技術(shù)上的難題，需要設(shè)計(jì)低體積膨脹但高面容量的負(fù)極。將金屬鋰與包括納米硅材料等載體的復(fù)合可能是更為理想的解決方案，但負(fù)極含金屬鋰需要固態(tài)電解質(zhì)取得突破，這方面需要更長(zhǎng)時(shí)間的基礎(chǔ)研究和開發(fā)。
資料來(lái)源：
周軍華等：鋰離子電池納米硅碳負(fù)極材料研究進(jìn)展，溧陽(yáng)天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司2020
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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