因?yàn)楣杌?fù)極材料具有很高的重量比容量和體積比容量，因而開展硅基負(fù)極是進(jìn)步鋰離子電池能量密度的最有效的辦法之一。 

 

可是，作為活性物質(zhì)，硅在充電/放電周期內(nèi)插入和脫出鋰時(shí)，體積改變到達(dá)270%，循環(huán)壽數(shù)差。這個(gè)體積脹大會(huì)導(dǎo)致：（1）硅顆粒的粉碎，以及涂層從銅集流體中分離；（2）固體電解質(zhì)（SEI）膜在循環(huán)進(jìn)程中不穩(wěn)定性，體積脹大使SEI決裂并再不斷重復(fù)構(gòu)成，導(dǎo)致鋰離子電池的失效。 

 

壓實(shí)工序會(huì)使固相接觸更嚴(yán)密，進(jìn)步極片的電子傳輸功能?？墒?，孔隙率太低又會(huì)添加鋰離子傳輸阻力，和電極/電解液界面電荷轉(zhuǎn)移阻抗，倍率功能變差。一般，石墨電極孔隙率優(yōu)化控制在20%-40%，而硅基電極，壓實(shí)后功能變差，這些極片一般孔隙率60%-70%，高孔隙率能夠協(xié)調(diào)硅基材料的體積脹大，緩沖顆粒劇烈變形，減緩粉化和脫落。 

 

可是，高孔隙率硅基負(fù)極極片限制了體積能量密度。那么，鋰電池硅基負(fù)極極片該如何制備呢？KarkarZ等人研討了硅電極的制備工藝。 

 

首先，他們采用了兩種拌和方法制備80 wt%的硅，12 wt %的石墨烯和8 wt%的CMC電極漿料：（1）SM：常規(guī)的球磨渙散工藝；（2）RAM：兩步超聲渙散工藝，第一步在PH3緩沖溶液（0.17 M檸檬酸+0.07 M KOH）中超聲渙散硅和CMC，第二步參加石墨烯片和水繼續(xù)超聲渙散。 

 

關(guān)于石墨片，超聲渙散RAM堅(jiān)持了石墨烯片原始描摹，片長大于10μm，與集流體平行散布，涂層孔隙率更高，而SM拌和使石墨烯片開裂，石墨烯片長只有幾微米。未壓實(shí)的RAM極片孔隙率約72%，大于SM電極的60%。關(guān)于硅，兩種拌和方法無差別。納米片狀石墨烯具有良好的電子導(dǎo)通才能，RAM渙散堅(jiān)持了石墨烯片的完整性，電池循環(huán)功能好（圖3a和b）。 

 

然后，他們研討了壓實(shí)對電極的孔隙率、密度以及電化學(xué)功能的影響。如圖1所示，壓實(shí)后，石墨烯片和硅的描摹沒有顯著改變，只是涂層愈加密實(shí)。將極片制作成半電池測試電化學(xué)功能，從圖2可知： 

 

（1）隨著壓實(shí)壓力添加，電極孔隙率下降，密度添加，體積比容量添加。 

 

（2）未壓實(shí)極片，RAM孔隙率大約72%，大于SM電極的60%。而且RAM電極壓實(shí)愈加困難，到達(dá)35%孔隙率，RAM電極需要15T/cm2壓力，而SM極片只需5T/cm2。這是因?yàn)槭┢冃卫щy，RAM極片堅(jiān)持了石墨烯片狀結(jié)構(gòu)，更難壓實(shí)。 

 

（3）依據(jù)徹底鋰化硅體積脹大193%計(jì)算體積比容量。20 T/cm2壓實(shí)下，體積比容量最大，RAM和SM電極孔隙率分為34%、27%，對應(yīng)體積比容量別離 1300mAh/cm3、1400 mAh/cm3。 

 

別的，他們還發(fā)現(xiàn)壓實(shí)極片熟化處理能改善循環(huán)功能。極片壓實(shí)時(shí)，粘結(jié)劑與活物質(zhì)顆?？赡茉陬w粒之間的摩擦力效果下開裂，甚至粘結(jié)劑本身鍵開裂，然后極片機(jī)械穩(wěn)定性變差，循環(huán)功能裂化（圖4a）。而熟化進(jìn)程是把極片放置在濕度80%的環(huán)境下2~3天，在這個(gè)進(jìn)程中，粘結(jié)劑會(huì)發(fā)作搬遷，更好地鋪展在活物質(zhì)顆粒外表，從頭樹立更多更牢的銜接，別的，熟化時(shí)銅箔會(huì)發(fā)作腐蝕，銅箔與粘結(jié)劑構(gòu)成Cu（OC（=O）-R）2化學(xué)鍵，結(jié)合力添加，也會(huì)抑制涂層脫落。因而，熟化處理能夠進(jìn)步極片穩(wěn)定性和循環(huán)功能。渙散-壓實(shí)-熟化進(jìn)程極片的微觀結(jié)構(gòu)改變示意圖如圖4c所示，壓實(shí)導(dǎo)致粘結(jié)劑開裂，循環(huán)穩(wěn)定性變差，而熟化時(shí)粘結(jié)劑搬遷從頭樹立銜接，極片微觀結(jié)構(gòu)發(fā)作改變，機(jī)械穩(wěn)定性進(jìn)步，相應(yīng)循環(huán)功能進(jìn)步。