矽（Si）具有超過3500mAh g−1的理論容量，被認為是替代目前商業化的石墨負極（~370mAh g−1）以增加鋰離子電池（LIB）的能量密度的有力候選者。Si在地球上的儲量豐富價格便宜，同時無汙染對環境友好。作為電池負極Si （0。3 V vsLi/Li+）與石墨的電化學電位相近。但是，在實際使用時卻面臨很多問題。傳統的有機液態電解液會與高活性的Li-Si合金連續反應不斷生成固體電解質（SEI）膜，導致其迴圈效能較差。其次，由於矽在鋰化和去鋰化過程中體積變化較大（>300%）從而引起結構坍塌，由此生成新的SEI又進一步的消耗鋰，嚴重降低了電池的可逆容量。
基於此，
美國加州大學聖地亞哥分校的陳政和孟穎課題組
發現將微米矽（μSi）佔比提升到99。9 wt%後效能優異的全固態電池（ASSB）。μSi具有~3 × 10−5S cm−1的電子電導率，相近與最常見的正極材料（~10−6S cm−1到~10−4S cm−1）電子電導率，所以沒有必要新增劑額外的碳。此外，碳的存在也有害於硫化物固態電解質（SSE）的穩定性，因為它促進SSE分解。同時，得益於Li-Si和μSi顆粒之間直接離子和電子接觸，Li離子可以透過整個電極去鋰化μSi，並且鋰化和去鋰化過程展示出高度可逆性，無需使用過量的Li。本文報道的ASSB在測試中展現出了優異的效能，在-20°和80°C溫度下，全電池可以在高達5mA cm−2的電流密度下穩定執行，並且面容量高達11 mAh cm-2（2890mAh g-1）。隨後，ASSB（μSi-NCM811）在5 mA cm−2下迴圈500圈後仍然可以保持80%的容量，且平均庫倫效率高達>99。9% ，
是迄今為止報道的微矽全電池的最佳效能。
相關論文以題為“Carbon-free high-loading silicon anodes enabled by sulfide solid electrolytes”發表在Science。
論文連結：
https：//www。science。org/doi/10。1126/science。abg7217
具體來說，除了NMC811在使用前透過與硼酸研磨退火外。其他材料如，固態電解質的Li6PS5Cl（> 1 mS cm-1），微矽（μSi）顆粒，PVDF，PTFE，氣相生長碳纖維（VGCF），碳黑購買後沒有經過其他加工。負極由99。9wt%的μSi和0。1 wt%的PVDF在NMP溶劑中衝壓而成。正極由NCM811、Li6PS5Cl、VGCF和PTFE在加熱的研缽和研杵中以80：20：3：0。5 wt%混合後熱軋而成。硫化物固態電解質Li6PS5Cl在二甲苯中經過球磨後使用。（文：Navigator）
圖1。99。9 wt% μSi電極在ASSB中的示意圖。在鋰化過程中，μSi和SSE之間形成了鈍化的SEI，接著介面附近的μSi顆粒被鋰化。高活性的Li-Si隨後與其附近的Si顆粒發生反應。反應貫穿整個電極，形成緻密的Li-Si層。
圖2。碳黑對SSE分解的影響。（A ）新增和沒有新增碳黑（20 wt%）的μSi || SSE|| NCM811電池的電壓曲線對比。插圖顯示了一個較低的初始電壓平臺，表明SSE分解。（ B） x射線衍射譜（XRD），以及（C to E ） x射線光電子能譜（XPS）研究了（c） S 2p，（d） Li 1s和（e） Si 2p核心區。
圖3。 SEI增長的量化效應。（A） 全電池的電壓曲線使用滴定法氣相色譜測試。（B）Li-Si和SEI相對於電池容量的比例。（C）用於EIS測試的Li-Si對稱電池的電壓趨勢資料和（D）電阻曲線。
圖4。視覺化的99。9 wt% Si的鋰化和去鋰化圖。（A）μSi電極的原始多孔微結構。（B）充電狀態下有著緻密連線結構的Li-Si。（C）放電狀態下高佔比Si之間會形成空隙。黃色虛線區域表示每個樣本對多孔區域的放大觀察。
圖5。 μSi || SSE || NCM811效能。（A）高電流密度測試。（B）寬溫度範圍測試。（C）高面容量測試。每個單獨電池的第一個迴圈電壓輪廓以黑色繪製。（D）在室溫下迴圈壽命，所有電池在2。0至4。3V之間同樣的充電和放電條件下進行測試。
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