美國加州大學圣地亞哥分校的納米工程師與韓國LG新能源電池公司的研究人員通過將兩個電池細分領域內有發展前景的成分，創造了一種新型電池。該電池既采用了固態電解質，也使用了全硅陽極，成為一種全固態硅電池。

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據外媒報道，美國加州大學圣地亞哥分校（University of California San Diego）的納米工程師與韓國LG新能源電池公司（LG Energy Solution）的研究人員通過將兩個電池細分領域內有發展前景的成分，創造了一種新型電池。該電池既采用了固態電解質，也使用了全硅陽極，成為一種全固態硅電池。在最初的幾輪測試結果表明，此種電池非常安全、持久、能量密集，有望在電網存儲、電動汽車等廣泛應用中發揮作用。

硅陽極因能量密度而聞名，其能量密度是當今商用鋰離子電池中最常用的石墨陽極的10倍。另一方面，硅陽極因在電池充放電時碰撞與收縮的方式，以及如何在液體電解質中降解而臭名昭著。盡管其能量密度很高，具有誘惑力，但上述挑戰也是全硅陽極無法用于商用鋰離子電池。但是由于此次研究人員采用了正確的電解質，為全硅陽極提供了一條很有發展前景的道路。

高能量密度的新一代固態電池一直都將金屬鋰作為陽極，這限制了電池的充電速率，也限制了電池充電時溫度升高（通常是60攝氏度或更高）的需求。而硅陽極克服了此類限制，能夠在室溫至低溫情況下實現更快的充電速率，同時保持較高的能量密度。

該團隊展示了一款實驗室款電池，可在室溫下進行500次充放電循環，而仍保持80%的容量。

硅陽極取代石墨陽極

當然，硅陽極并不是什么新鮮事物。幾十年來，科學家和電池制造商一直都將硅作為一種能量密集的材料，用于混合或完全取代鋰離子電池中的傳統石墨陽極。從理論上看，硅的存儲容量大約是石墨的10倍。不過，實際上，如果鋰離子電池陽極添加硅以增加能量密度，通常會遇到現實的性能問題，特別是，電池在保持性能的同時，可以充放電的次數不夠多。

大部分問題都是由硅陽極及配合使用的液體電解質之間的相互作用引起的。由于硅顆粒在電池充放電過程中，體積會膨脹較大，從而會導致情況更加復雜。而隨著時間的推移，會導致嚴重的容量損失。

因此，加州大學圣地亞哥分校的團隊采取了不同的方法，去除了全硅陽極所使用的碳和粘合劑。此外，研究人員采用了微型硅，與納米硅相比，此種硅材料所需的加工更少，也更便宜。

一種全固態解決方案

除了去除陽極上的所有碳和粘合劑，該團隊還去除了液體電解質。相反，他們采用了一種基于硫化物制成的固態電解質。實驗結果也表明，此種固態電解質在全硅陽極電池中非常穩定。

過去，研究人員實現商業化硅合金陽極的方法主要集中在硅-石墨復合材料，或者將納米結構的顆粒與聚合物結合，但是仍會遇到不穩定的狀況。

通過將液體電解質換成固態電解質，同時在硅陽極上去除碳和粘合劑，研究人員避免了電池工作時，陽極浸泡在有機液體電解質中而產生的一系列相關挑戰。同時，通過去除陽極中的碳，該團隊顯著減少了與固態電解質的界面接觸（以及不必要的副作用），避免了通常在液體電解質中發生的連續容量損失情況。

該兩步走的技術讓研究人員能夠充分利用硅的低成本、高能量和環保特性。目前，初創公司UNIGRID Battery已經獲得了該項制成全硅固態電池技術的許可權。