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研究參數（圖片來源：KIST）

 

       當電池充滿電時，電子設備通常會顯示擁有100%的電量。但是，由于鋰離子電池在電池生產的穩定（形成）階段的首次充電中就會產生永久性損失，通常100%的電量只代表電池可存儲的理論能量密度為70%至90%。如果能夠阻止鋰離子電池在首次充電時產生損耗，就可以大幅增加電動汽車（EV）的續航里程以及智能手機的使用時間。

 

       據外媒報道，為了克服這一問題，韓國科學技術研究院（KIST）與能源存儲研究中心、能源材料研究中心以及氫燃料電池研究中心組成了聯合小組，研發了一種電極預處理溶液，能夠最大限度地減少石墨硅氧化物（SiOx）復合陽極中的初始鋰離子電池損耗。在浸入溶液之后，由50%石墨硅氧化物制成的陽極的鋰離子損耗幾乎可以忽略不計，從而可以讓整個電池實現接近理想的能量密度。

 

       雖然大部分商用鋰電池都采用石墨制陽極，但是石墨硅氧化物的容量是石墨的5至10倍，因此被認為是下一代陽極材料。不過，石墨硅氧化物消耗的活性鋰是石墨的三倍。因此，由石墨與石墨硅氧化物混合制成復合電極作為下一代實用陽極而獲得認可。不過，當石墨硅氧化物含量較高時，石墨-石墨硅氧化物復合電極的容量也會相應增加，同時，初始鋰損失也會增加。因此，石墨-石墨硅氧化物復合電極中的石墨硅氧化物含量的比例應該限制在15%，因為如果增加至50%，初始鋰的損失將會達到40%。

 

       為了同時實現高容量和高初始效率，科學家們提出了各種預鋰化的方法，包括提前將額外的鋰摻雜到陽極中。KIST的研究人員研發了一種工藝，將電極浸入特殊的溶液中，以減少石墨硅氧化物對鋰的消耗。隨后，該團隊將該工藝應用于具有很大商業化潛力的石墨-石墨硅氧化物復合材料中。

 

       該研究小組發現，由于石墨具有多功能插層功能，之前研發的預處理溶液會讓帶有鋰離子的溶液分子意外插入到石墨中。此種大溶液分子的插入會導致石墨-石墨硅氧化物復合電極的結構破壞。為了防止電極失效，研究人員研發了一種新溶液，采用了一種弱溶劑，以減少溶劑與鋰離子之間的互動。該溶液能夠選擇性地將鋰離子插入到活性材料中，確保能夠向石墨-石墨硅氧化物復合電極穩定供應額外的鋰。

 

       該石墨-石墨硅氧化物電極在該研究小組研發的溶液中浸漬約1分鐘，即使石墨硅氧化物的含量達到了50%，也完全避免了初始鋰消耗。因此，當電極的初始效率達到近100%時，指代在首次充電時，鋰損失（≤ 1%)）可以忽略不計。采用該工藝制成的電極容量比傳統石墨陽極高了2.6倍，同時，在250次充放電循環后，保持了87.3%的初始容量。

 

       KIST的Minah Lee表示：“從研究結果來看，相比于傳統材料中石墨-石墨硅氧化物復合陽極中的石墨硅氧化物含量只允許為15%，新工藝可將含量增加至超50%，從而能夠生產出容量更大的鋰離子電池，并提升未來電動汽車的續航里程。該技術還很安全，適合用于大規模生產，因此有望實現商業化。”