莱斯大学（Rice University）的研究人员近日研发出一种基于硅的锂电池正极材料，这种材料由大孔径硅微粒组成，在原有的多孔硅薄膜技术上有所突破。新的正极材料容量为1000毫安/克，可以承受超过600次的充放电循环。
在将聚丙烯腈和热解煤材料混合后，大孔径硅微粒能够适应锂化硅的大幅度体积膨胀。研究小组表示，这类材料成本较低，化学性能良好，在不久的将来能够应用于锂电池上。
他们指出：“我们以前的技术一直停留在多孔硅薄膜技术上，而现在我们要更进一步。大孔径硅粒子材料的发现为电池制造商提供了有效的解决方案。”
要平衡锂电池中硅的高理论容量与充放电过程中硅粒子体积的剧烈变化而导致的电化学性能衰退，研究人员一直致力于研究多种硅粒子结构以及基于硅-石墨的复合材料。
而后的研究中，硅-石墨复合材料的小孔能够承受在充放电时硅粒子的剧烈体积变化，并实现了锂离子向硅材料的快速传输。石墨材料提高了固态电介质膜的稳定性，提供完整的结构以及高导电率。
Biswal教授和她得同时早些时候研发出一种独立的大孔径硅膜材料作为锂电池正极材料，其表面积之比与体积之比相当大。
不过这些薄膜技术不能够直接运用于电池处理工艺上，只能采用卷对卷加工技术。为了设计出加工更方便的材料，研究人员改变了硅薄膜的结构，使其能够与聚丙烯腈或任何其他粘合剂结合，形成浆料，用标准的包衣技术处理，并引入湿法蚀刻加工技术（湿法刻蚀是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料，通常，二氧化硅采用湿法刻蚀技术，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术）。
在研究小组的最新报告中，他们首先制造单个大孔径硅薄膜，厚度为50到100微米，孔直径大于50纳米。实验过程中，通过控制电流大小、晶片的电阻率和电解液浓度等参数调节薄膜厚度，孔径大小和孔隙率。
利用超声刀切割独立式大孔径硅薄膜，以达到公称标准的10到50微米厚度。大孔径硅粒子与聚丙烯腈粘合剂混合形成浆液，使用下拉浇铸法和热分解法将浆液涂覆到电极上。湿法蚀刻加工技术不需要真空或沉积过程，这也使得大孔径硅粒子薄膜技术的成本比其他硅材料要低。
此外，由于底层的硅衬底能够重复利用并转换成大孔硅粒子薄膜，所以加工过程中硅材料几乎能够全部利用。由于这些粒子的大小有几十微米，所以目前安全性与健康问题广受质疑的硅纳米粒子不同，它没有这方面危害。