在碳纖維上生長(zhǎng)的硅納米線的SEM照片。(a)為平面照片，(b)為截面照片，(c)為（b）的放大圖。(d)為基于硅納米線電極的鋰離子電池及核磁共振檢測(cè)器的實(shí)驗(yàn)概念圖
英國(guó)劍橋大學(xué)（University of Cambridge）2月3日宣布，該大學(xué)的先進(jìn)光電子中心緒方健（JSPS研究員）和該大學(xué)化學(xué)系教授Clare Grey開發(fā)出了可對(duì)使用硅負(fù)極的新一代鋰離子充電電池的內(nèi)部反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性分析的技術(shù)，并據(jù)此查明了鋰離子電池的反應(yīng)機(jī)理。
此次的成果有望加快開發(fā)出容量達(dá)到原來(lái)數(shù)倍的鋰離子充電電池的進(jìn)程。有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容已刊登在英國(guó)科學(xué)雜志發(fā)行商自然出版集團(tuán)（Nature Publishing Group）的《自然通訊》（Nature Communications）上，文章題為“Revealing lithium-silicide phase transformations in nano-structured silicon-based lithium ion batteries via in situ NMR spectroscopy”。
此次開發(fā)的新型檢測(cè)系統(tǒng)，能在負(fù)極使用可緩和體積膨脹的硅納米線的狀態(tài)下，使用核磁共振技術(shù)（NMR）對(duì)原子排列進(jìn)行分析。經(jīng)過數(shù)次充放電循環(huán)后，判明了在電池工作過程中原子結(jié)合的詳細(xì)變化過程。實(shí)驗(yàn)所使用的電池單元，負(fù)極采用硅納米線與碳纖維的復(fù)合體，正極采用鋰片材（鋰金屬箔），并對(duì)聚酯背板做了層壓處理。電解質(zhì)采用將1M LiPF6溶解于碳酸亞乙酯（EC)和碳酸二甲酯（DMC）中獲得的溶液。硅納米線的直徑約60nm，長(zhǎng)度約50nm。
據(jù)緒方健介紹，“用此次的技術(shù)可非常簡(jiǎn)單地分析導(dǎo)致硅負(fù)極劣化的原子結(jié)合狀態(tài)。這樣便可為避免劣化的材料設(shè)計(jì)及安全性控制開辟新路”。
硅作為可實(shí)現(xiàn)高容量化的負(fù)極材料備受關(guān)注，但硅原子最多只能與4個(gè)鋰原子合金化，因此在充放電中體積會(huì)以最大300％的比例反復(fù)膨脹和收縮，電池難以保持耐久性。另外，這樣形成的硅合金大多呈原子無(wú)序排列狀態(tài)，用以往的分析方法很難獲得詳細(xì)的原子級(jí)別的信息。
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