据韩国的“电子新闻”报道，韩国科学技术研究院（KIST）在9月1日发布消息称，他们成功观察到了由于锂离子的移动，而导致的电池内部阴极材料膨胀的过程。

用电子显微镜观察到的碳硅复合体中锂的迁移（图片来自网络）

锂电池的性能和寿命，会受到充放电过程中发生的，内部电极物质的各种变化的影响。但这个过程实际上究竟是怎样进行的，由于我们所处的大气环境的影响，此前很难直接观察得到。而准确观察和分析锂离子迁移时电极材料的结构变化，成为提高锂电池性能和安全性的最大关键。

一种锂离子电池的三维多孔碳负极材料（图片来自网络）

为了提高锂电池的性能，人们在构成锂电池阴极的主要材料的石墨里面加入硅，制成了硅-石墨复合阴极材料。从理论上讲，硅的充电容量是传统石墨的10倍，但在充电过程中硅纳米颗粒的体积就会膨胀近4倍，严重危及安全。此前，人们通过在材料中制造气孔，努力提高硅的加入量，但一直没有能够正确理解它们之间的关系。

韩国科学技术研究院（KIST）的 logo（图片来自网络）

韩国科学技术研究院（KIST）是韩国国家级的研究机构。由该研究院的资源数据支援本部长安在平（안재평）和特性分析数据中心的金弘圭（김홍규）博士组成的团队，通过自建的电池分析平台，对充电过程中的锂离子向硅-石墨阴极复合体迁移的过程，实现了直接观察。因为，锂离子电池在充电时，锂离子是向负极移动，而在放电时，则向正极移动的。所以，他们对充电过程中的锂离子电池的负极反应进行了观察。通过观察发现，锂离子注入的顺序是，石墨、纳米气孔和硅。值得注意的是，研究团队准确地解释了硅-石墨阴极复合体中的气孔所发挥的作用。

（图片来自网络）

当气孔的大小以微米为单位时，可以缓解硅的体积膨胀，但气孔是纳米级的时候，则不能容纳硅的体积膨胀，其作用是先于硅颗粒储存锂离子。所以，这个观察提醒科学家，在对阴极材料进行设计时，应该采用适当分配气孔的微、纳米尺寸。这样一来，既能缓解硅的体积膨胀，提高材料的安全性，同时又能提高锂离子的存储量。

韩国科学技术研究院（KIST）资源数据支援本部长安在平（안재평）（图片来自网络）

据安在平本部长介绍，如果说，詹姆斯·韦伯天文望远镜开创了宇宙探索的新纪元，那么，韩国科学技术研究院（KIST）开发的能够观察电池结构变化的平台，则是在材料研究上开辟了新的天地。有了这个平台，在今后进行电池材料设计和研发时将更加方便。
他们的研究成果，刊登在电池领域的国际学术杂志《ACS能源快报》的最新一期上。

韩国科学技术研究院（KIST）研发的能够观察电池的结构变化的平台（图片来自网络）