新型纸状锂离子材料助力动力电池发展

      加州大学河滨分校伯恩斯工程学院近日开发了一种可用于锂离子电池的新型纸状材料，它可以成倍地提高电池单位重量可传输的能量。这种纸状材料是由厚度还不及人类头发百分之一的海绵状硅纳米纤维材料制成的，它能被用于电动汽车的电池和个人电子设备中。


      纳米纤维是通过一种静电纺丝的技术制备的，即在旋转鼓和喷嘴之间施加20000至40000伏的电压，由此会发射原硅酸四乙酯（TEOS）组成的溶液，这种溶液是一种经常在半导体工业中使用的化学化合物。然后纳米纤维暴露于镁蒸气，以产生海绵状硅纤维结构。

      常规生产的锂离子电池的阳极是用涂覆有石墨混合物、导电添加剂和聚合物粘合剂的铜箔制成的。但是，由于石墨的性能已经被发掘出来，研究人员正在实验其他的材料，例如硅材料。硅具有的特定容量或每单位重量电池具有的电荷量比石墨高出近10倍。

      但是硅有明显的体积膨胀，这会导致电池迅速衰减。这种硅纳米纤维结构规避了这个问题，并且对电池进行循环数百次后并没有显著衰减。

      “当换到能量密度大的物质时可以省去金属集电体和非活性聚合物粘结剂，例如硅可以显著提高电动车的储存电荷范围。”Favors说。

      这项技术还解决了困扰独立式电极多年的一个问题：可扩展性。使用化学气相沉积生长的独立式材料，例如碳纳米管或硅纳米线，其规模只能在非常小的量级（微克）来制造。然而，Favors可以在实验室里一次生产成克的硅纳米纤维。

      研究人员未来的工作主要涉及制作硅纳米纤维制成的袋状单元格的锂离子电池，这是一种可以用于电动汽车以及电子设备的大型电池。