廣大的智能手機(jī)用戶如今早已習(xí)慣了每晚睡前給手機(jī)充電，否則第二天的使用肯定會(huì)受到影響。由于鋰離子電池?zé)o法跟上智能手機(jī)在屏幕尺寸和性能上的增長(zhǎng)，很少有旗艦手機(jī)能堅(jiān)持超過(guò)一天的頻繁使用。 電池技術(shù)為何會(huì)成為智能手機(jī)的短板?它在未來(lái)又能有多大的進(jìn)步空間?

在目前智能手機(jī)的可充電電池當(dāng)中，鋰元素是存在于電解液而非陽(yáng)極當(dāng)中的，這也就限制了電池的能效和壽命。如果可以研發(fā)出鋰陽(yáng)極，那我們的電池就能變得更輕、更小、更耐久，充電速度也會(huì)更快。

鋰離子電池的陽(yáng)極目前都是由石墨制成的，科學(xué)家認(rèn)為，這種材質(zhì)的能力如今已經(jīng)抵達(dá)了極限。

近日，從國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局獲悉，日前華為技術(shù)有限公司申請(qǐng)“硅碳復(fù)合材料及其制備方法和鋰離子電池”發(fā)明專利，該專利于2019年7月31日申請(qǐng)，申請(qǐng)公布號(hào)為CN112310363A。

專利摘要顯示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料，包括內(nèi)核和包覆在內(nèi)核表面的碳層。該硅碳復(fù)合材料內(nèi)部孔隙尺寸小，可有效降低硅材料與電解液的接觸面積，減少副反應(yīng)的發(fā)生，延長(zhǎng)電池使用壽命。與此同時(shí)，硅材料均勻分散在石墨骨架周?chē)?，無(wú)團(tuán)聚，使得石墨骨架能夠有效地緩解硅材料的體積膨脹和收縮，提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和能量密度。

其中，內(nèi)核包括石墨骨架、填充在石墨骨架結(jié)構(gòu)中的無(wú)定形碳、以及均勻分布在無(wú)定形碳中的硅材料，硅碳復(fù)合材料內(nèi)部?jī)H具有孔徑小于或等于50nm的孔隙結(jié)構(gòu)，不存在孔徑大于50nm的孔隙結(jié)構(gòu)。

根據(jù)專利背景技術(shù)，為了綜合石墨和硅材料兩者的性能，業(yè)界開(kāi)發(fā)了硅碳復(fù)合材料。目前公認(rèn)的可實(shí)用化的硅碳復(fù)合材料，是用納米硅、石墨、碳造粒形成的二次顆粒。

但由于納米硅和石墨在粒徑上存在2個(gè)數(shù)量級(jí)的差別，并且納米硅較高的表面能易團(tuán)聚，這就導(dǎo)致納米硅和石墨難以均勻的分散，納米硅往往會(huì)團(tuán)聚在石墨表面或者集中在某個(gè)位置，導(dǎo)致顆粒局部體積膨脹收縮率較大，石墨基材無(wú)法很好地吸收和緩解硅的膨脹，最終導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)破壞、性能衰退。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了該硅碳復(fù)合材料的制備方法和包含該硅碳復(fù)合材料的鋰離子電池。

硅基材料作為鋰離子電池負(fù)極具有容量高、來(lái)源廣泛以及環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，有望替代目前應(yīng)用廣泛的石墨負(fù)極成為下一代鋰離子電池的主要負(fù)極材料。

循環(huán)中發(fā)生團(tuán)聚。因此Si/C復(fù)合材料綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出高比容量和較長(zhǎng)循環(huán)壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料。

同時(shí)，專利還提供了該硅碳復(fù)合材料的制備方法和包含該硅碳復(fù)合材料的鋰離子電池，該鋰離子電池可為手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、便攜機(jī)、智能穿戴產(chǎn)品等電子產(chǎn)品供電。

碳與硅相近似的化學(xué)性質(zhì)，為兩者的緊密結(jié)合提供了理論依據(jù)，所以碳常用作與硅復(fù)合的首選基質(zhì)。深圳方泰，方圓有度、安若泰山，咨詢熱線：0755-27826396.硅通常與石墨、石墨烯、無(wú)定型碳和碳納米管等不同的碳基質(zhì)制備復(fù)合材料。在硅碳復(fù)合的體系各組分作用為：

硅/碳復(fù)合負(fù)極材料概述

(1)硅：主要作為活性物質(zhì)，提供容量;

(2)碳材料：一般作為分散基質(zhì)，限制硅顆粒的體積變化，并作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)維持電極內(nèi)部良好的電接觸。

理論上，硅/碳復(fù)合材料儲(chǔ)鋰容量高，導(dǎo)電性能好，但要成為可商用的鋰離子電池負(fù)極材料，面臨著兩個(gè)基本的挑戰(zhàn)：循環(huán)穩(wěn)定性差和可逆循環(huán)容量保持率低。

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。

2019年10月9日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰，以表彰他們?cè)阡囯x子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。

手機(jī)電池一般為鋰離子電池。鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液組成，正負(fù)極浸潤(rùn)在電解液中，鋰離子以電解液為介質(zhì)在正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池的充放電。為避免正負(fù)極通過(guò)電解液發(fā)生短路，需要用隔膜將正負(fù)極分隔。

手機(jī)廠商為提升電池的能量密度，使用了較薄的隔膜，以便在有限的體積中儲(chǔ)存更多電能。厚度的降低增大了隔膜的生產(chǎn)難度，易造成質(zhì)量缺陷，使隔膜不能有效隔離正負(fù)極，進(jìn)而引發(fā)電池的短路與爆炸。

至于電池技術(shù)下一步要如何發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題目前還難以回答。尖端領(lǐng)域的科學(xué)家正在嘗試當(dāng)中不斷學(xué)習(xí)，這也就是為什么每年都有許多超級(jí)電池技術(shù)的來(lái)了又去。

簡(jiǎn)而言之，電池技術(shù)是一門(mén)非常復(fù)雜的學(xué)科，即便匯集了世界上最聰明的頭腦，但它的發(fā)展依然非常緩慢，我們也不會(huì)看到憑空出現(xiàn)的開(kāi)創(chuàng)性電池項(xiàng)目。

至于華為鋰電池更多詳細(xì)信息，我們拭目以待。不如讓我們一起期待一下。由于該電池技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)中，因此后續(xù)會(huì)有更多信息曝光出來(lái)，21ic會(huì)持續(xù)跟進(jìn)。