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納米技術致力于解決傳統電池領域的哪些重大問題？
1. 體積變化導致活性顆粒和電極的開裂與破碎
傳統嵌入式電極材料在充放電過程中的體積變化較小。而對于新型的高容量電極材料而言，由于充放電過程中，大量Li物種嵌入和脫嵌，發生巨大的體積變化。經過多次循環之后，活性顆粒和電極材料會開裂和破碎，影響電學傳導，并造成容量降低，最終導致電池失效，大大縮短了電池的使用壽命。據報道，合金型負極材料的體積膨脹率中，Si為420%，Ge和Sn為260%，P為300%。而傳統的石墨負極只有10%。2
圖1. 活性顆粒和電極材料在充放電過程中開裂和破碎的過程
那么，納米技術是如何解決體積變化這個問題的呢？
Si負極的解決方案
納米材料一個天然優勢就在于，其尺寸較小，可以在顆粒和電極層面上有效抵抗力學上的破壞。高容量電極材料有一個基本參數，叫做臨界破碎尺寸。這個參數值取決于材料的反應類型（譬如合金反應，轉化反應）、力學性能、結晶度、密度、形貌以及體積膨脹率等一系列參數。而且，電化學反應速率對于顆粒的開裂和破碎影響重大，充放電速率越快，產生的應力就越大。當顆粒尺寸小于這個臨界尺寸時，鋰化反應引起的應力就能得到有效控制，從而緩解顆粒的的開裂和破碎行為。
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