众所周知，锂离子电池的充放电循环会导致负极体积的变化，其中的纳米颗粒会开裂并聚集在电极-电解质界面上。这将导致电池短路，并降低容量和循环寿命。

为了解决这个问题，韩国光州科学技术院（GIST）的研究人员近期开发了一种创新方法，可以调整传统负极、提高电池的循环性能，而无需考虑改变材料或制造方法。

简单来说，GIST的研究人员将纳米颗粒封装在弹性网状结构中，以增强负极并使其更有弹性，从而应对体积变化。

这项研究成果已于近期发表在了《材料化学杂志A》上。具体而言，研究人员使用了一种含有硅纳米颗粒的传统负极，并将它们用聚合物（聚偏二氟乙烯）粘合剂粘合在一起。然后，为了适应网状结构，他们通过退火工艺给负极加热，从而去除粘合剂。

紧接着，他们用还原氧化石墨烯（rGO）溶液填充纳米颗粒之间的空隙，还原氧化石墨烯溶液干燥后形成一个网，将硅纳米颗粒固定在一起，可防止其开裂。此外，网状结构为电子提供了导电途径，使纳米颗粒可以与锂结合。

此外，研究人员还利用了“旋涂技术”，将rGO涂在负极表面。该rGO涂层可以用作沉积保护层的种子层，而该保护层由添加了镁和镓金属氧化物的氧化锌组成（MGZO）。该MGZO层为负极提供了结构稳定性。

经过测试，即使经过多次充放电循环，这种改良的负极仍能保留大部分电荷。研究人员表示，在经过500次循环后，该结构可以保留1566 mA·h/g的高存储容量，并表现出91%的库仑效率（这与电池寿命有关）。

“这为电动汽车的发展铺平道路，使用户单次充电就能行驶很长距离。”他们说。

研究人员还表示，除了硅负极，这种方法也可用于其他负极材料，如锡（Sn）、锑（Sb）、铝（Al）和镁（Mg）。不仅如此，这一工艺还不用考虑负极原本的制造方式，具有广泛的适用性。

编辑/范辉