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位于河滨的加州大学的一个研究小组开发了一种新型结构的硅阳极，这种硅阳极应用于锂电池，可以让充电过程加快16倍。这种新型设计是基于一种3D结构的碳纳米管材料。能让电池比原来轻40%，但能携带的电量比原来多60%，将使充电速度提高16倍。随着锂电池的广泛应用，也有了许多关于提高其性能的研究。对“”电极材料的研究从未停止过。目前商业领域的阳极大多是用石墨碳制成的，每克可携带370毫安时的电量(370毫安/g的比容)。若采用碳纳米管控制成阳极，则可使性能提高到原来的3倍左右，达到1000毫安/g的容量。进一步的研究发现硅是较好的电池阳极材料。

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由于它有4200 mAh/g的容量。与现有的商业电池相比，性能提高了10倍以上。而且直接使用硅阳极不能在现有锂电池结构中正常工作。因为硅和锂在电池内部起反应，所以膨胀到正常尺寸4倍。如今，加州大学河滨分校的研究人员开发出了一种新型结构，将硅应用于锂电池的阳极。不但可以让单位重量的材料携带更多的电力，同时还可以让充电速度提高16倍。研究者们首先用石墨烯制造一层薄片，然后在此基础上用柱状碳纳米管制造出柱状纳米结构。终，他们用温和的感应耦合等离子体将柱状纳米管制成锥形结构，并在其上沉积了非晶硅。采用该结构的锂离子电池具有极高的稳定性，其阳极容量为1954 mAh/g (性能是传统阳极的五倍)，具有很好的快速充放电循环性能。容量比为1200 mAh/g，循环230次后仍保持不变。该电池技术若能大规模生产，相信将对智能手机和电动车产业产生重大影响。

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描述锂离子电池储能容量的参数是其能量密度，其数值约等于电压与锂电池容量的乘积，为了有效提高锂电池的容量，人们通常会采用增大电池容量的方法来达到目的。但由于原材料使用的特殊性，容量提升总是有限度的，因此提高电压值就成了提高锂电池储能能力的另一个途径。众所周知，锂电池的额定电压为3.6 V或3.7 V，高电压为4.2 V。所以为什么锂电池的电压什麽也不会有更大的突破？终，这也取决于锂电池的材料和结构特性。

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锂电池的电压取决于电极电势。电压又称电位差或电位差，是一种物理量，用来测量静电场中由电位不同引起的电荷能量差异。锂盐的电极电势约为3 V，锂电池的电压随材料的不同而不同。例如普通锂电池的额定电压3.7 V，满电电压4.2 V；磷酸铁锂电池的额定电压3.2 V，满电电压3.65 V。换言之，锂电池正、负极之间的电势差不得超过4.2 V，这是基于对材料和使用安全的需求。

假定 Li/Li+电极是参照电位，设μ A为负极材料的相对电化势，μ C为正极材料的相对电化势， Eg为电解液中小电子不占有能级，而大电子占有能级之差。因此，μ A，μ C, Eg这三个因素决定了锂电池的高电压值。