韓國蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）等機(jī)構(gòu)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)于19日宣布，成功開發(fā)出一種可抑制硅體積膨脹的三元復(fù)合負(fù)極材料，其蓄電容量達(dá)到現(xiàn)有商用石墨負(fù)極的約2.5倍。該成果已于上月2日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》，并被選為封面論文。

當(dāng)前商用鋰離子電池多采用石墨負(fù)極，其理論比容量僅為372mAh/g，提升能量密度面臨瓶頸。硅的理論比容量約為石墨的10倍，但充放電過程中會發(fā)生劇烈的體積膨脹與收縮，導(dǎo)致電極開裂、壽命驟降，且易發(fā)生顆粒團(tuán)聚引發(fā)應(yīng)力集中，阻礙了商業(yè)化應(yīng)用。

針對上述問題，研究團(tuán)隊(duì)采用“空間控制”策略進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該復(fù)合負(fù)極將不同粒徑的石墨、有機(jī)低分子材料（cHBC）與硅納米粒子分層組合：Zui大粒徑的石墨粒子構(gòu)成導(dǎo)電骨架；中等粒徑的cHBC材料填充空隙以支撐結(jié)構(gòu)并促進(jìn)鋰離子遷移；Zui小粒徑的硅納米粒子則均勻分布于剩余間隙中。這種分層堆疊原理有效防止了硅顆粒團(tuán)聚，并為體積膨脹預(yù)留了緩沖空間。

測試數(shù)據(jù)顯示，在硅重量占比僅15%的條件下，該復(fù)合負(fù)極在0.1A/g電流密度下可實(shí)現(xiàn)約890mAh/g的可逆容量，是常規(guī)石墨負(fù)極（約350mAh/g）的2.5倍。在高電流密度（1A/g）下完成1000次充放電循環(huán)后，容量仍維持在約250mAh/g。將其與商用高容量正極材料SC-NCM811組裝成軟包電池實(shí)證實(shí)測，在2C倍率（30分鐘充放）下循環(huán)200次后容量保持率約85%，1C倍率（1小時(shí)充放）下循環(huán)185次后保持率亦超過85%。

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)時(shí)光學(xué)觀測、斷面分析與多尺度計(jì)算機(jī)模擬指出，硅顆粒的尺寸與分布方式直接決定電池壽命，合理的排布能在維持高容量的同時(shí)顯著降低膨脹損傷。盡管該方案通過優(yōu)化粒子排列而非單純增加硅含量解決了膨脹難題，且15%的低硅添加比例具備兼容現(xiàn)有石墨產(chǎn)線混配工藝的條件，但在千次以上長循環(huán)及大面積軟包量產(chǎn)中重現(xiàn)均勻分布仍是商用化關(guān)鍵。相關(guān)研究獲韓國科學(xué)技術(shù)信息通信部、韓國研究財(cái)團(tuán)等機(jī)構(gòu)資助。

資料來源：BigGo ファイナンス；原文發(fā)布日期：2026-10-19。本文為資料編譯。