据外媒报道，以色列的科学家开发了一种新型激光制造的硅-石墨烯阳极，可使锂离子电池实现高容量和近乎零性能衰减。

随着对先进锂离子电池需求的不断增长，硅因其更高的理论容量而成为传统石墨阳极的极具前景的替代品。然而，其应用仍然受到效率低、循环过程中结构问题以及预锂化困难等因素的限制。

为了克服这些挑战，以色列的科学家创造了一种一步激光工艺，该工艺可同时合成预锂化的硅纳米颗粒并将其集成到导电石墨烯基质中。

图片来源：期刊《Nano-Micro Letters》

这种激光驱动、常温常压、固态、原位预锂化方法是由以色列特拉维夫大学（Tel Aviv University）化学学院和材料科学系教授Fernando Patolsky博士领导的团队设计的。

该方法可在常温常压下进行，且仅需简单的原料。它无需复杂的多步制备工艺或活性锂金属。该方法利用酚醛树脂、硅纳米颗粒（SiNPs）和锂盐的三元混合物，在快速、低功率激光照射下，制备出一种自支撑、空气稳定的预锂化复合材料。局部热量和压力会引发硅和锂盐之间的反应。

研究团队表示：“该方法普遍采用常见的锂盐（LiOH、Li2CO3、LiNO3、LiF、LiClO4），其中LiOH由于碱性促进的前驱体致密化和增强的界面接触而表现出最佳性能。”

这使得在形成激光诱导石墨烯（LIG）的同时能够进行原位预锂化。这种三维多孔导电石墨烯形成了一个稳定且高导电性的框架，用于支撑硅颗粒。

该材料具有核壳结构，其中部分锂化的硅纳米颗粒被一层薄薄的硅酸锂层包裹。这些颗粒嵌入多孔导电基质中，该基质支持原位预锂化并稳定共价界面。同时，这种结构可以缓冲体积膨胀，而体积膨胀是导致硅阳极随时间推移而退化的常见问题。

在测试过程中，原型硅-石墨烯阳极在5安培/克（A g-1）的电流密度下循环2000次后仍保持98%以上的容量，与未锂化的同类材料相比，衰减可以忽略不计。

同时，性能评估显示，该阳极的容量超过1700毫安时（mAh）/克，初始库仑效率超过97%。这表明其在快速充电应用方面具有巨大潜力，尤其是在电动汽车和便携式电子产品领域。研究人员在一份声明中表示：“该阳极还表现出超快的充电能力，在10A g-1的电流下仍能保持高达63%的最大容量。”

此外，该新系统还展现出极佳的循环稳定性。经过数千次充放电循环，其性能始终保持稳定，且随时间推移性能衰减极小。

研究团队总结道：“这项创新不仅推进了下一代锂离子电池（LIB）的发展，而且还建立了一个将易于获得且成本低廉的前驱体材料转化为高性能电极的框架，有望降低电池制造的复杂性和成本。”

该团队验证了此方法的可扩展性，并生产出长度达7.8英寸（20 厘米）的电极，具有卷对卷生产的潜力。在采用磷酸铁锂（LiFePO4）阴极的全电池测试中，电池在1C倍率下循环500次后，容量未出现明显下降。