大阪大学宣布，通过将薄板状的硅屑分散包裹在轻薄柔软的石墨片中，并将得到的薄片用作锂离子电池电极，证实硅颗粒难以从电极上脱落，同时锂离子和电子可以容易地移动到每个硅颗粒，如此，即使增加充放电次数，充放电容量也容易降低。

据称，经过300次循环后的单位重量的放电容量是目前主要使用的石墨的理论容量的约3.4倍。

同一所大学工业科学研究所的松本武敏副教授领导的研究小组也获得类似结果。

由于硅的放电容量约为石墨的10倍，因此正在研究使用硅作为下一代锂离子电池的高容量负电极材料，然而当锂进出时，硅的体积将增大约4倍，导致从电极上剥离。如果将硅制成150nm或更小的颗粒，则可以在其剥离之前充分进行充放电，但如此一来又存在成本过高的问题。

使用硅片和膨胀石墨来源的石墨片复合材料制造锂离子电池负极过程的示意图

此次，研究团队注意到硅片和石墨片都具有二维形状。研究发现，通过将硅和石墨片一起分散在用于制造锂离子电池正极的溶剂中，再进行过滤后，即可得到包裹硅的石墨片的复合物。

此外，通过使用部分剥离的膨胀石墨代替石墨作为原料，研究团队成功地在更短的时间内获得了更高产量的超薄石墨片。而且，在实际操作过程中已证实，分散的石墨片可以不经分选而直接使用。

（左）硅屑和石墨片的复合体的电子显微镜图像。透明薄片状的为石墨片，黑色圆圈内侧是石墨片表面的硅薄片，白圈（虚线）内侧的是石墨片之间的硅片。

另外，制得的电极由于是用稳定的石墨片包裹硅的结构，可以抑制硅的剥离和聚集，同时改善锂离子和电子的运动。这也提高了硅负极的寿命和容量。

本次的成果证实了以低成本和低环境负荷增加硅负极容量的可能性。

松本副教授等人认为，使用硅太阳能电池等可再生能源发电注定会受到时间和天气的影响，但是通过运用此次研究成果，可以在各种电力存储系统实现电力的平稳输出。此外，随着对硅太阳能电池的需求增加，硅屑的产生量和对锂离子电池的需求都将增加，因此有望实现高效的材料循环。

大阪大学利用硅屑实现锂离子电池的长寿命和高容量