会“呼吸”的硅负极为全固态锂电池“增寿”_教育

会“呼吸”的硅负极为全固态锂电池“增寿”

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2026-02-09 09:00:31

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记者从宁波大学获悉，该校物理科学与技术学院教授陈王华团队联合宁波工程学院和宁波东方理工大学团队，在全固态锂电池负极材料领域取得重要进展。该研究通过模拟自然界的“呼吸”机制，首次研发出一种具有三维“透气”结构的硅纳米线负极，为开发硅负极全固态锂电池提供了新的技术路径。相关成果日前发表于国际期刊《能源存储材料》。

全固态锂电池因更高的安全性、更强的能量密度以及更出色的循环性能，被认为是下一代电池技术的“终极目标”。硅凭借超高的理论容量和良好的化学兼容性，被视为全固态电池中最具潜力的负极材料之一。

“硅的储能潜力巨大，是传统商用石墨负极的10倍。然而，在充电吸收锂离子时，硅的体积会剧烈膨胀3倍以上。随着充放电循环，硅会像不断吹大又缩小的气球，最终因‘体力不支’粉碎脱落，进而影响电池寿命。”陈王华介绍，硅在充放电过程中巨大的体积膨胀会导致严重的机械应力、界面脱离及电化学性能快速衰减，限制了其在大规模锂电池中的实际应用。

科研团队利用等离子体增强化学气相沉积技术，创新性地设计并制备了一种电流集流体一体化的三维柱状硅架构，使其具备独特的“双相”核壳结构。研究显示，该柱状硅负极表现出卓越的电化学性能和实用性。实验证明，该电池在弯折甚至剪刀裁剪的情况下仍能持续供电，展现出极高的机械鲁棒性和安全性。

“我们让硅像森林里的树木一样，一根根‘立’在集流体上，并且相互交织形成三维网络。这些纳米线之间留有丰富的空隙，就像给电池内部安装了无数个‘呼吸阀’。”陈王华说，当锂离子涌入时，硅纳米线可以向这些预留的空隙处扩张，而不会挤坏周围的电解质。（记者夏凡通讯员邵一鸣）

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