硅是一种极具吸引力的未来锂离子电池负极（阳极）材料，因为它比目前使用的石墨能储存更多的能量。然而，硅在充放电过程中会发生剧烈的膨胀和收缩。这种反复的膨胀会导致电池电极开裂、内部接触不良，并迅速老化，从而严重限制电池的寿命和安全性。

图片来源：台湾大学

据外媒报道，中国台湾大学一项新研究开发出一种用于保护硅-石墨复合阳极的简易涂层。该涂层由一种常见的聚合物（聚偏氟乙烯，PVDF）与微小的氧化镁（MgO）颗粒混合而成，并可采用标准工业工艺进行涂覆。研究相关论文发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。

一项重要发现是，涂层的涂覆时间——在制造过程中电极受到机械压缩之前进行——对于获得良好的性能至关重要。采用优化涂层的电池比未涂覆的电池寿命长得多。即使经过数百次充放电循环，涂覆涂层的电池仍能保持大部分初始容量，并且运行效率非常高。相比之下，未涂覆涂层的电池性能衰退得更快。涂覆涂层的电极在快速充放电过程中也表现更佳。

显微观察揭示了这种涂层的作用原理。如果没有保护，硅电极会过度膨胀并产生裂纹和内部损伤。而PVDF-MgO涂层则能显著减缓这种膨胀，保持电极结构的完整性，并维持良好的电接触。此外，MgO颗粒有助于控制锂在电池内部的移动和沉积，从而降低锂离子过度沉积的风险。

图片来源：《Chemical Engineering Journal》

共同通讯作者、台湾大学化学工程系特聘教授吴乃立（Nae-Lih Wu）博士表示：“这项研究表明，在制造过程的适当阶段应用一种简单、低成本的涂层，可以显著延长高能量锂离子电池的寿命、提高其可靠性和安全性。该方法实用且与现有的电池生产方法兼容，因此在实际应用中前景广阔。”