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鋰離子電池(chi)是一種常用的可充電電池(chi)，全球市(shi)場估(gu)計為(wei)110億(yi)美元，預計到2020年(nian)將增長(chang)到600億美元(yuan)。鋰離子電池(chi)的普及(ji)是由(you)于其相(xiang)對于其他電池(chi)的優(you)勢二次（或充(chong)電）電池(chi)：

● 在給定(ding)容量下比其他充電電池(chi)輕

● 鋰離子化學(xue)物質可提(ti)供高(gao)開路電(dian)壓(ya)

● 自放電率低（每月約1.5％）

● 不要受(shou)到電(dian)池記憶的影(ying)響

● 環境效(xiao)益：可充電(dian)且有毒的垃圾(ji)填埋場減少

但是，鋰(li)離子電池還(huan)遇到了以下問題：

● 循環(huan)壽命差，特別(bie)是在大電(dian)流應用中

● 隨著騎行和年齡的增長提高內在阻力

● 過熱或過度充電時的安全問題

● 鋰離子電(dian)池容量(liang)要求(qiu)更高的(de)應用

在(zai)鋰離子電(dian)池中(zhong)，鋰離子在(zai)放電(dian)過程中(zhong)會從陽極(ji)移動到(dao)陰極(ji)，而在(zai)充電(dian)時會從陰極(ji)移動到(dao)陽極(ji)。用于陽極(ji)和陰極(ji)的材(cai)料會極(ji)大地影(ying)響電(dian)池性能的許(xu)多方面，包括容量。迫切需要新(xin)的高容量(liang)材料，以解決對(dui)更(geng)大能(neng)量(liang)密度，循環(huan)壽命(ming)和充電壽命(ming)以及鋰離子電池面臨的其他(ta)問題的需求。

石墨(mo)歷來用于商業用途選擇的陽極，具有(you)典型的第一代Li離子化學工作如下(xia)：

鋰離子電(dian)池總反應C +的LiCoO 2 ?LIC 6 +栗0.5的CoO 2

在(zai)陰極：的LiCoO 2 -李(li)+ -電子- ?栗0.5的CoO 2 ?143毫(hao)安(an)時/克

在陽極： 6C +栗+ + E - ?LIC 6 ?372毫安時/克(ke)

材(cai)料石墨(mo)以(yi)外一(yi)直經研(yan)究，硅具有最(zui)高(gao)的重量容量（mAh / g）。

硅(gui)的體積(ji)容(rong)量（Wh / cc），即(ji)考慮到(dao)鋰插入引起的體積(ji)增(zeng)加的硅(gui)的容(rong)量，仍顯著高(gao)于與碳陽極材(cai)料相(xiang)關的容(rong)量。

如(ru)果可(ke)以在不影響電(dian)池(chi)壽(shou)命的前提下(xia)使(shi)用(yong)硅，則(ze)鋰離子電(dian)池(chi)的潛(qian)力對鋰離子電(dian)池(chi)的未來具(ju)有(you)廣闊的前景。

給鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時，鋰(li)(li)會(hui)插入硅(gui)(gui)中，導(dao)致(zhi)體積急劇增加(jia)（最大(da)400％）。放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時，鋰(li)(li)從硅(gui)(gui)中提取(qu)出來，并(bing)恢復為較小的(de)(de)尺(chi)寸。反(fan)復的(de)(de)膨脹和(he)收縮會(hui)在(zai)硅(gui)(gui)上(shang)施(shi)加(jia)很大(da)的(de)(de)應(ying)力，從而導(dao)致(zhi)硅(gui)(gui)材料(liao)破裂(lie)或粉碎(sui)。反(fan)過(guo)來，這(zhe)導(dao)致(zhi)硅(gui)(gui)碎(sui)片(pian)與(yu)最近的(de)(de)鄰居電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)隔離，并(bing)導(dao)致(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池陽(yang)極(ji)(ji)的(de)(de)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)損失。因此，常(chang)規的(de)(de)硅(gui)(gui)基(ji)陽(yang)極(ji)(ji)的(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)循環(huan)壽命通(tong)常(chang)較短。