鋰離子電池是現下隨處可見的電池，無論 3C 產品或未來的電動車，使用都是鋰離子電池為最大宗，于是材料學者與研究人員十分關注鋰離子電池的容量、壽命與安全性。近日美國西北大學利用弄皺的石墨烯球，讓鋰離子電池有突破性的發(fā)展，可增加電池的容量并減少晶枝產生。

    西北大學 McCormick 的材料科學教授 Jiaxing Huang 表示，目前的電池中，通常用矽或是石墨來當鋰離子電池的陽極材料，但使用這些材料會讓電池的電能下降。鋰本身即是具導電性的金屬，于是他們打算使用鋰做陽極材料。

    但鋰活性較強，在充放電時容易沉積，并在陽極產生樹枝狀晶枝，進而阻礙電池的性能或是刺穿絕緣層，最終導致電池短路或是爆炸。目前各國廠商與研究所也正尋找緩解晶枝生長的方法，例如使用不同的電解液。

    也有研究人員認為可以制造一個支架，讓鋰金屬沉積在上面，但隨著充放電次數增加，鋰的體積會產生變化，導致支架不堪負荷。西北大學的研究人員則發(fā)現可以用凹凸不平的石墨烯球堆疊做成支架，除了能承受鋰的壓力，也可以防止晶枝生長。

    西北大學早在 2011 年就開始研究弄皺的石墨烯球，其將石墨烯霧化（atomizing）成微小的水滴形狀，利用水分蒸發(fā)時的毛細管力（capillary force）作用，將石墨烯變成粗糙的球形。當時研究發(fā)現，由于可以保有石墨烯的導電性與表面積大小，皺皺的石墨烯球更能保存能量。

    而如今西北大學將石墨烯球堆疊成多孔支架，讓鋰金屬可沉積在上面，避免晶枝生長。Huang 表示，他們要制造一個可在高壓狀態(tài)下強度足夠、不會破裂的支架。而我們的策略是反向思考，利用松散的顆粒制成，不是將石墨烯球緊密固定住。

    該石墨烯支架具有導電性，可以讓鋰離子在陰極與陽極間流動，而當鋰沉積時，石墨烯球會相互分開，在鋰耗盡時再組裝回去。中國天津大學化學工程系副教授 Jiayan Luo 表示，弄皺的石墨烯球也不會黏成一團，可封裝成均勻且連續(xù)的固體。

    與一般石墨做陽極的電池相比，該電池的溶液重量較輕，且能在頻繁充放電時負荷鋰離子的沉積作用。以往的電池僅能讓鋰沉積幾十微米，該電池則能堆疊高達 150 微米的鋰離子。