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自1991年鋰離子電池商業(yè)化以來(lái)，由于能量密度和效率的不斷提高，鋰離子電池在從小型家電到電動(dòng)汽車的大部分市場(chǎng)領(lǐng)域都占據(jù)了主導(dǎo)地位。然而，這種電池內(nèi)部發(fā)生的一些現(xiàn)象仍然不清楚，如負(fù)極（陽(yáng)極）材料的膨脹和劣化。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）的研究小組成功地實(shí)時(shí)觀測(cè)到了鋰離子移動(dòng)引起的電池內(nèi)部負(fù)極（陽(yáng)極）材料的膨脹和劣化。該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表在《ACS能源快報(bào)》（ACS Energy Letters）上。

眾所周知，鋰離子電池的性能和壽命受到充放電過(guò)程中內(nèi)部電極材料發(fā)生的各種變化的影響。但是，由于電極和電解質(zhì)等主要電池材料一旦暴露在空氣中，就會(huì)立即受到污染，因此很難在使用過(guò)程中監(jiān)測(cè)這種變化。因此，準(zhǔn)確觀察和分析鋰離子遷移過(guò)程中電極材料的結(jié)構(gòu)變化是提高性能和安全性的最重要因素。

在鋰離子電池中，鋰離子在充電時(shí)移動(dòng)到陽(yáng)極，在放電時(shí)移動(dòng)到陰極。KIST研究小組成功地實(shí)時(shí)觀測(cè)了作為大容量電池商用化研究的硅-石墨復(fù)合陽(yáng)極。從理論上講，硅的充電能力是傳統(tǒng)負(fù)極材料石墨的10倍。

然而，在充電過(guò)程中，納米硅粉的體積是原來(lái)的4倍，這使得性能和安全性難以保證。據(jù)推測(cè)，硅石墨復(fù)合材料成分混合過(guò)程中形成的納米孔可以適應(yīng)電池充電過(guò)程中硅的體積膨脹，從而改變電池體積。然而，這些納米孔的作用從來(lái)沒(méi)有通過(guò)電化學(xué)電壓曲線的直接觀察得到證實(shí)。

KIST研究小組利用自行設(shè)計(jì)的電池分析平臺(tái)，直接觀察了鋰離子在充電過(guò)程中遷移到硅-石墨復(fù)合陽(yáng)極的情況，并確定了納米孔的實(shí)際作用。研究發(fā)現(xiàn)，在硅-石墨復(fù)合材料中，鋰離子依次遷移到碳、納米孔和硅中。

此外，研究團(tuán)隊(duì)注意到，納米尺寸的孔隙傾向于在鋰-硅顆粒（Si鋰化）之前存儲(chǔ)鋰離子（前充鋰化），而微尺寸的孔隙則像之前認(rèn)為的那樣容納硅的體積膨脹。

因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在設(shè)計(jì)鋰離子電池的高容量負(fù)極材料時(shí)，需要一種新的方法，適當(dāng)分布微納米尺寸的孔隙，以減緩硅的體積膨脹，從而提高材料的安全性。

原標(biāo)題：鋰離子電池——研究揭示了鋰離子電池中材料退化的秘密