PNAS：定制μ-Si 负极助力快充锂离子电池

硅（Si）负极可显著提高锂离子电池（LIB）的能量密度和快充能力。然而，由于硅在整个充电状态（SOC）范围内的体积变化巨大，因此这些负极在商用锂离子电池中的应用进展缓慢。

在此，首尔国立大学Choi, Jang Wook团队报告了一种基于定制负极的全电池设计 (ATFD)。研究显示，其单独采用了微米级硅 (μ-Si)，可在有限的 SOC 范围（30%-70%）内运行。在此范围内，整个电极能均匀地（脱）锂，并伴有可接受的体积变化。在商用 18650 圆柱形电池中，基于 ATFD 的电池的能量密度比基于石墨的电池高 21.3%，即使在 3 C 的快充倍率下，500 次循环后的容量保持率也高达 84.6%。

图1. 基于 μ-Si 负极的全电池设计

总之，该工作报告了一种负极定制的全电池设计（ATFD）。结果显示，与商用 18650 圆柱形电池相比，基于 ATFD 的电池能量密度高出 21.3%，即使在 3 C 的快充下，经过 500 次循环后容量保持率仍为 84.6%。

此外，通过关注锂化动力学和体积膨胀程度的基本分析，作者确定 30% 至 70% 的 SOC 范围最适合长期循环。与传统基于石墨的同类产品相比，基于μ-Si ATFD的全电池表现出更高的能量密度和改进的快充能力。

图2.μ-Si 基快充锂离子电池

Fast-chargeable lithium-ion batteries by μ-Si anode-tailored full-cell design，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2024 DOI: 10.1073/pnas.2417053121

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