锂电研发史：大容量正极材料研发进入死胡同？-第3页-北极星储能网

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锡和硅成为负极开发焦点

安全性先聊到这里，下面来介绍以高容量为目标的新型正极和负极活性物质的开发进展。

首先来看负极。现在备受关注的负极材料是锡(Sn)和硅(Si)。常见的负极材料石墨与大容量的希望之星——锡和硅的理论容量相比，锡和硅的单位体积容量远远超过了石墨/锂(锡为8.6倍，硅为11.7倍)(表3)。

表3：负极材料的理论放电容量

但金无足赤人无完人，锡和硅也存在问题。最大的课题是吸贮锂后，其体积将膨胀到200～300%，在充放电时就要承受巨大的机械应力，使负极受到破坏，形成微颗粒，充放电循环特性容易发生劣化。

为了解决这个课题，很多研究人员进行了各种尝试。其中，最先克服问题、成功实现商品化的，是使用锡作为负极的索尼的LIB“Nexelion”。这种电池的负极使用Sn-Co-C三元合金。在结构上，由Sn-Co合金组成的超微颗粒散布在碳相的海洋中，钴与碳形成碳化物(图3)。这种结构在一定程度上遏制了锡在吸贮锂时发生的膨胀，提高了循环特性。

图3：Sn-Co-C负极结构的模式图

索尼开发出了负极使用锡的电池“Nexelion”。碳相中散布着由Sn-Co合金组成的超微颗粒，钴与碳形成碳化物。

Nexelion(直径14mm×高43mm)的容量比同尺寸的石墨LIB高出约30%。而且值得一提的是，快速充电性能也有了明显提升。石墨LIB在进行60分钟的1C充电后，电量达到90%，采用Sn-Co-C负极的单元在进行2C/30分钟充电后，电量就达到了90%。而且，充放电循环特性方面，1C和2C充电均在300个循环后维持在初始容量的约80%，表现出了良好的特性。

不过，锡、钴、碳组成合金后，与单独使用锡相比，负极容量偏低，单独使用锡的LIB的单位体积充电容量是石墨/金属锂的8.6倍，而Nexelion的容量只比石墨LIB高30%。这方面还要进一步改善。

除了Nexelion之外，还有利用其他合金遏制锡的体积膨胀的尝试。例如，早稻田大学先进理工学部逢坂研究室于2003年宣布，镍合金能够遏制锡的膨胀和收缩，降低充放电循环特性的劣化。该研究室还在2008年提出了制造介孔锡(在锡负极上设置规则、均匀的微孔)结构体，利用微孔吸收体积膨胀，减轻构造应力的方案。采用这一方案的锂电池的容量有可能达到石墨LIB的1.5～2倍左右。

原标题：锂电研发史：大容量正极材料研发进入死胡同？

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