新型鋰電池，延長4倍續航，是否靠譜？

01-24

http://m.cnbeta.com/view_365457.htm

蟹妖，寫材料中，先佔坑......

十分感謝各位，還沒回答就點贊和感謝

然而我的拖延症已經癌化了，占坑佔了兩個月才開始答題...感覺非常對不起馬偉濤的妖

照例先說結論，新聞並不是假的，但中國的科技新聞已經到了不誇張就沒法發表的程度了！！！

硅基負極確實可以提高容量，新聞中說的4倍就是誇張了，如果順利的話五年內可能將現有鋰電容量提高50%左右。

首先文中說的新材料是硅（Si），硅材料是鋰電池負極材料的一種，對比現在商用的石墨負極，容量大概是其十倍以上。（硅的理論容量是4200mAh/g，石墨372mAh/g）

這張圖中左下角容量最小的星星就是碳材料，最右上角的是硅。可以看出，無論是體積比容量還是質量比容量，硅基負極均是現在商用石墨負極的十倍以上。

硅負極的主要缺點

為何容量這麼好的硅無法得到應用呢，是因為硅基負極主要有以下幾個缺點。

1、電子電導率和鋰離子擴散係數低，大大降低了倍率性能。也就是說，如果各位的手機改用純硅作負極，需要12個小時以上才能充滿電。

2、形成不穩定的SEI膜。這個比較難解釋。

3、最嚴重的缺點是硅的體積效應特別嚴重。硅在脫嵌鋰（就是充放電）的過程中體積變化在300%以上，後果就像這個圖一樣，硅材料破碎。

現在流行的做法是使用納米級硅材料，納米級材料能夠承受300%的體積變化而不破碎，但是會被從電極上剝離，就像這個圖中間那個球。

上面兩張圖導致的後果是容量的快速衰減。

比如小明買了個新手機，可以10天不充電連續播放小蘋果，小明大概是這樣。

然後，小明發現充電一次後，只能待機兩天了，再充一次，一天、12個小時、5個小時.....

然後小明把手機砸了........

硅基負極的改性

題主鏈接里的新聞並沒有說明他們是如何處理硅基材料的。但是，現在公認最為有效並且容易產業化的辦法是硅碳複合。就是用碳材料將這幾個小球包起來，讓它們無處可跑。（這個圖僅僅是為了方便大家理解，事實上包碳的方法有很多）

結論

即使用複合材料做負極，因為以下原因，電池容量也不會成倍提升。

1、硅僅僅是負極，負極在電池中所佔體積不足一半。如果正極沒有改善，電池容量是不會有大幅增長的。

2、硅碳複合材料中硅所佔比重不會太高，否則難以抑制體積膨脹。

事實上，由於納米硅的造價較高和工藝上的問題，兩年之內，這種電池很難大規模商業化應用。

題外話

在能夠大幅提高電池容量的材料里，硅已經是最接近成功的一個了。剩下的像鋰硫、鋰空之類的，面對的問題還要更加嚴重。而這些，需要一代代的工科狗不斷地努力...

所以，為了大家能早日用上大容量電池，請對工科狗好一點！！！比如請他們吃飯，給他們介紹女朋友什麼的..........

每個月都有這種新聞，看起來已經成功了，分分鐘媽媽再也不用擔心我的手機沒電，但是從來沒有實現過

理論上，硅的容量是4400，是石墨的十倍以上，但在電池中，負極材料占的質量絕壁不會超過整個電池的1/3，畢竟還有正極，隔膜，電解液和外殼，因此若單純的改善負極材料，不相應的提高正極容量和改善電池結構，哪怕硅的容量再高，全電池的質量比容量也不會提高太多（就算硅容量高，按極限計算就是負極不佔全電池容量，此時提供同樣的能量需要的電池重量也只是變成原來的2/3），所以若不提高匹配的正極等等參數，是不可能延長四倍續航的。

剛好實驗室是做這個，今天又跟師兄聊了這個問題。

以前的商業化的鋰電池是用的石墨來做電池anode的, 石墨可以接受很多cathode轉移來的鋰離子，然後形成共聚物，等待下次充電的時候再從anode轉移到cathode。可是這當中會有個問題就是，一旦陽極的石墨獲得鋰離子了之後，石墨就回膨脹！這個對於鋰電池來說是非常危險的，長期以往會造成短路破壞電池。

不過石墨的結構還好，它只會有12％左右的膨脹，這樣的話通過其他改性是可以克服的。但是它的容量只有200-300mA H/g，於是乎我們開始使用新材料，硅就是這樣的。硅的容量有3000mA h/g，可見硅確實適合做電極材料，這也就是我導師常說的，這個silicon is future.

但是硅肯定沒那麼好，要不然早就開始用了。就是上面提到過的問題，硅在接受鋰離子後的膨脹是300％遠遠大於石墨。。。試想一下，你的電池充了一次電之後，電池突出來了一截。。。

然後呢，回到這個問題上，深圳這家公司所宣稱的硅基電極電池到底是怎麼樣的我也不知道，我昨天看到這個消息在網上查了半天也沒看到關於這個電池點極具體的介紹，所以姑且不能置評。

跟實驗室的師兄聊這個，他們表示現在很多人都宣稱可以用硅基電極，但是真正怎樣不好說。只能說硅基電池目前仍處於實驗室中。

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今天又聽了實驗室里師姐的報告，有了新的了解！！！

Dani在我們實驗室是去年秋天畢業的博士，她用PAN來對硅的納米顆粒進行coating，在脆的易碎的硅表面加上一層有柔韌性的polymer, PAN（具體的方法和PAN的性質我就不介紹了）。總之在加了這樣一層polymer以後，硅的膨脹被有效的控制了，從300％降到了40％。可以說是效果顯著了！可是，這樣的膨脹率仍然太多了，對於商用的鋰離子電池，可以接受的膨脹率在8-13％。所以這樣處理過得硅基電極仍然無法使用。

對於一個美國博士姐們兒，顯然這樣的結果是不能令人滿意的！於是她再接再厲，她又使用靜電紡的方法吧硅納米粒子跟PAN混合一起用靜電紡的方法來製備電極。（具體步驟有興趣的可以查文章）這樣一來，充電後的硅基電極的膨脹率就降到了驚人的14％！這個已經非常接近商用電池的要求了。可是這個膨脹率是第一次充放電循環之後的膨脹率，然而在20次充放電之後，膨脹率在20％左右。。。所以，同志仍需努力。。。

然後師姐在presentation中說出了驚人的一句話！她是第一個能把硅基電極的膨脹率控制的這麼低的人！！！

沒辦法了，世界第一了。。。這博士讀的8太值了！

所以，根據這次的最新信息來看，深圳那個廠子號稱的硅基電極電池，要麼是在炒作新概念，要麼就根本在扯淡了。。。

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憑這個記憶寫的，小研究生而已，哪有問題望請指正。

希望有生之年能用上這樣的電池。

Si材料作為鋰離子電池負極確實會給單電池的初始容量帶來極大提升（理論上Si的儲鋰能力是石墨的十倍），但是作為代價電池的循環性能會遭到極大破壞（比如說之前循環1000次容量能保持80%，現在100次循環就掉到50%以下）。其原因可以理解為Si在吸收和釋放鋰離子的時候體積會發生變化，從而導致SEI層破裂，降低容量。

寫論文大家都懂的，把牛逼的寫出來吸引眼球，有什麼缺陷就支支吾吾了。話說回來，要是什麼問題都沒有早就商業化了~~

我收集了一些相關的新聞，結論就是：提升四倍不靠譜，小幅提升還是靠譜的。

Enevate Corporation 新聞中那家美國公司的官網，順便通過Linkedin得知其是一家小型公司，預計規模在10-50人。

葉東：清潔技術投資圈的「三好生」提到了Enevate這家公司，居然是國人投資的，怪不得和國內企業合作。

Enevate推出用於鋰離子電池的HD-Energy 技術這個是新聞中提到的那家美國公司的技術，全文對硅電極技術做了一些解釋。

小米手機4的電池居然這麼猛？最可靠的消息來自小米之家，小米4的鋰電池的能量密度達到620-630MH/L，比起普通鋰電池來說要高一點，但是：

但小米手機4這一優勢其實保持不了太久，按照孫昌旭的說法，到了明年，基於硅負極材料的高能量密度電池700WH/L產品就會商用，現在國內好幾個旗艦手機都在測試。

也就是說，這項技術將會給電池密度帶來小幅提升，會至少達到700WH/L的水平。

CNBETA月經帖

不靠譜

現在連實驗性質的產品都還沒有拿出來，沒啥可談論的，都是在實驗室內部的東西。。。

好歹現在已經有用燃料電池的移動電源了，易用性、安全性和實際性能姑且不論，至少人家有產品拿出了

再者，按照現在各行各業對於電池續航的強需求，如果當真4倍差距，如果量產那會大傢伙一起搶著報道的，不會這麼的低調的。而且它這不嚴謹的對比，沒有給出具體參考對象和應用實例，完全沒有任何可信性。

最後，先提一下英特爾，乍一看以為是英特爾搞得，再一看才知道是深圳。。。（不是黑深圳山寨，深圳也有很多有節操有技術的廠家—）

如果靠譜早就爭分奪秒應用到自己的產品裡面去了。

之所以現在市面上還看不到應用了這項技術的產品，是因為這個產品目前不靠譜。

石墨烯電池比較可能實現吧，據說快量產了