針對硅碳負極材料的體積膨脹問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的研究團隊近日從源頭出發(fā)，構筑出高機械穩(wěn)定的自機械抑制石墨烯復合硅碳負極材料，并建成了百噸級石墨烯復合硅碳負極材料中試生產線。

研究人員表示，由于硅基負極材料的可逆容量與體積膨脹呈線性關系，通過機械限制體積膨脹，可有效控制硅基負極材料的可逆容量。石墨烯是已知的機械性能最高的材料，但其片層之間的弱黏附力較弱，宏觀結構機械強度較差，瀝青裂解碳可有效縫合石墨烯，提升石墨烯宏觀體的機械穩(wěn)定性。

研究人員將氧化亞硅(SiOx)和石墨烯漿料在液相體系混合均勻，用瀝青作為添加劑，通過噴霧干燥、高溫熱處理和化學氣相沉積等工藝，制備類球形的石墨烯/瀝青裂解碳封裝硅氧化物復合負極材料(SGC)。研究表明，石墨烯改性后的SGC負極，粉體電導率可提高2個數(shù)量級以上，當石墨烯含量超過7%時，石墨烯的潤滑作用有利于提升粉體壓實密度。且SGC復合負極材料可抑制SiOx攝鋰量，降低體積膨脹，提升循環(huán)穩(wěn)定性。

以此為基礎，研究團隊進一步解決了石墨烯復合硅碳負極材料規(guī)?；苽浼夹g難題，依托寧波富理電池材料科技有限公司建成了百噸級石墨烯復合硅碳負極材料中試生產線。應用該高性能的石墨烯復合硅碳負極材料，他們進一步研制出能量密度達350 Wh/kg～400 Wh/kg的系列新型高能量密度鋰離子電池;與寶能集團旗下昆山聚創(chuàng)新能源科技有限公司共同研發(fā)并實現(xiàn)310 Wh/kg動力電池裝車應用示范。

動力電池、消費類電池等終端產品對高能量密度鋰離子電池需求日益增強。目前，產業(yè)界主要采取硅碳復合路線來提升硅基負極應用水平，450 mAh/g以下的硅碳復合負極材料在循環(huán)性、倍率性等方面基本能夠滿足應用要求，450 mAh/g以上的硅基負極應用還存在技術難點。高比容量的硅碳負極材料嵌/脫鋰過程體積膨脹巨大，循環(huán)過程中活性材料會發(fā)生結構失效導致電接觸變差、表面固體電解質膜(SEI膜)反復破裂/再生導致電解液快速消耗、鋰離子電池可逆容量迅速衰減。因此，高比容量、長循環(huán)穩(wěn)定的硅碳復合負極材料開發(fā)充滿挑戰(zhàn)。