固态锂电池硅负极当前的挑战与结构设计

摘要

相比传统石墨负极,硅负极因其高理论比容量和丰富储量,被认为是固态锂电池最具前景的负极材料之一.然而,在充放电过程中,硅负极与固态电解质(SSE)界面易产生诸多问题,例如硅的剧烈体积膨胀难以被SSE缓冲,以及二者电化学窗口不匹配等,进而导致电池循环寿命和性能衰减,严重时甚至引发短路和热失控.基于此,文中系统分析了硅负极与SSE当前面临的关键问题,深入挖掘其根源,并从电化学、能带及能级等角度提出电池设计建议.同时,总结了过去10年来硅负极固态锂电池的设计进展并进行了细化分类,旨在阐明循环衰减与容量衰减的内在机制及相关科学挑战,并从硅负极类型与SSE匹配关系方面提出优化建议,为未来硅负极固态锂电池设计提供参考.

关键词

硅负极 / 固态电解质 / 体积变化 / 电化学窗口 / 结构设计

基金资助

国家自然科学基金资助项目(U21B2092)