中國粉體網訊  據媒體報道，3月29日，小米春季新品發布會上全球首發超級快充硅氧負極電池，新材料帶來更快充電、更高電池密度，電量達5000mAh。小米方面表示，小米率先將新能源汽車電池技術應用于手機，兼顧快充、手感以及大電量。

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據科研人員介紹，目前鋰離子電池中廣泛使用的是石墨負極材料，容量發揮已接近其理論比容量（372mA·h/g），因此迫切需要開發出具有更高比容量的負極材料。

硅負極具有很高的理論比容量（4200mA·h/g）和較低的電化學嵌鋰電位（約0.4 V vs.Li/Li⁺），是公認的下一代鋰離子電池負極材料。然而，硅負極巨大的體積效應（約300%）以及由此引發的電極粉化和不穩定的SEI阻礙了其商業化進程。

目前硅負極的實用化主要有三種策略，即碳包覆氧化亞硅、納米硅碳和無定形硅合金。其中，氧化亞硅（SiO_x，0＜x＜2）是一種極具有應用前景的硅基負極材料，其具有更小的體積膨脹和更好的循環穩定性，然而較低的首次庫侖效率是制約其應用的最大挑戰。

SiO_x的結構目前還存在一定的爭議，不過大多數報道認為它是一種硅納米粒子（2~5nm）彌散分布在無定形二氧化硅之中的結構。SiO_x的電化學性能主要受氧含量x調控，x越大，比容量越低，但循環性能更好。

規模化生產的SiO_x受熱力學平衡的限制，x一般為1，其嵌鋰的一種可能形式為：4SiO+17.2Li→3Li_4.4Si+Li_4.4SiO₄，按此方程式計算其首次充放電比容量分別為2615和2007mA·h/g，首效為76.7%，SiO首次嵌鋰產生的不可逆硅酸鋰相雖然導致了較低的首效，但是卻有助于緩沖材料的體積變化，提升循環穩定性。

在SiO體系中可以應用納米化和碳包覆兩種策略。首先，碳包覆含量越高，SiO單體容量越低（歸因于SiO含量的降低），但是首效和循環性能均有所提升。然而，在SiO與石墨的復合體（容量均約為600mA·h/g）中，發現當碳包覆含量為15%時，其具有最優的循環性能和庫侖效率，這歸因于其最小的極化和阻抗。在驗證SiO的尺寸效應時，小粒徑樣品在扣電和全電中均具有最好的循環性能和庫侖效率，以及最小的阻抗。

目前納米硅基負極材料的應用尚處于起步階段，正不斷拓展至消費電子、電動工具、動力電池領域。我國在該材料領域已經具有眾多核心專利，納米硅負極在國內及國際上的蓬勃發展未來可期。

其中，動力型電池將占據今后鋰離子電池的主要市場份額，高安全性和高能量密度是其追求的顯著特點，兼顧高能量密度同時控制電池的體積膨脹是技術上的難題，需要設計低體積膨脹但高面容量的負極。將金屬鋰與包括納米硅材料等載體的復合可能是更為理想的解決方案，但負極含金屬鋰需要固態電解質取得突破，這方面需要更長時間的基礎研究和開發。

資料來源：

周軍華等：鋰離子電池納米硅碳負極材料研究進展，溧陽天目先導電池材料科技有限公司2020

（中國粉體網編輯整理/平安）

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