硅基鋰電池是什么黑科技？

充電容量比傳統(tǒng)電池翻10倍？

常見的鋰離子電池多以石墨為負(fù)極活性材料

限制了整體電池的能量密度。

硅碳材料因其高容量優(yōu)勢吸引眾多科學(xué)家關(guān)注。

近期，東華團(tuán)隊在硅基鋰離子電池領(lǐng)域取得突破，

一起來看看！

設(shè)計：李盈頡

近日，東華大學(xué)材料學(xué)院楊建平研究員課題組及江莞教授研究團(tuán)隊在硅基鋰離子電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以《原子尺度調(diào)控碳的分布提高硅基負(fù)極材料的穩(wěn)定性》(Engineering the distribution of carbon in silicon oxide nanospheres at atomic level for highly stable anodes, DOI: 10.1002/anie.201902083)為題，在國際著名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(AngewandteChemie International Edition)上在線發(fā)表。該論文第一作者是材料學(xué)院博士生朱冠家，通訊作者是楊建平研究員和張輝博士，東華大學(xué)為唯一通訊單位?！兜聡鴳?yīng)用化學(xué)》(AngewandteChemie International Edition)為化學(xué)領(lǐng)域的世界級頂級期刊，在國際上擁有廣泛影響力，收錄的文章主要分布在有機(jī)化學(xué)、生命有機(jī)化學(xué)、材料學(xué)、高分子化學(xué)等領(lǐng)域。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902083

多孔硅基復(fù)合負(fù)極材料制備過程、結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)穩(wěn)定性

硅碳復(fù)合負(fù)極材料是最有希望取代石墨負(fù)極的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。目前的研究，碳的復(fù)合通常是采用化學(xué)包覆或者物理混合來實現(xiàn)，碳在復(fù)合材料中不能實現(xiàn)完全均勻的分布，導(dǎo)致在深度循環(huán)過程中庫倫效率快速衰減，循環(huán)穩(wěn)定性下降。如果能夠?qū)崿F(xiàn)碳在原子尺度下均勻分布于硅基框架中，在后續(xù)的長循環(huán)過程中，庫倫效率是否可以得到改善？

針對這一問題，研究團(tuán)隊選取苯基橋聯(lián)的有機(jī)硅前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法和高溫煅燒兩步反應(yīng)，制備出一種新的多孔硅基復(fù)合負(fù)極(ASD-SiOC)。由于前驅(qū)體中碳源與Si-O-Si骨架為分子尺度下的復(fù)合，所制備的ASD-SiOC負(fù)極可以實現(xiàn)碳元素的亞納米尺度分布。電化學(xué)性能測試表明，這種負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在0.2A g-1的電流密度下，第2圈庫倫效率為95.4%，從第2圈到第200圈的平均庫倫效率為99.3%。在5A g-1的大電流密度下，從第11圈到第500圈的平均庫倫效率為99.8%。

多孔硅基復(fù)合負(fù)極材料充放電過程機(jī)理研究

第一作者朱冠家表示，這種新的設(shè)計具有眾多優(yōu)點：活性基質(zhì)SiOx單元與碳可以實現(xiàn)原子尺度下的復(fù)合；碳三維網(wǎng)絡(luò)有效提高了材料的導(dǎo)電性；多孔結(jié)構(gòu)既緩沖了體積膨脹，又加快了鋰離子的傳輸；在后續(xù)的循環(huán)過程中，ASD-SiOC負(fù)極可以轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高的庫倫效率。該研究表明碳分布對于保持復(fù)合負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性具有非常重要的作用，也為硅碳復(fù)合負(fù)極材料的設(shè)計提供了一個新的思路，為實現(xiàn)硅碳復(fù)合負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用注入了新動力。

課題組團(tuán)隊合影

該研究工作得到東華大學(xué)高層次人才項目專項資金、纖維材料改性國家重點實驗室人才引進(jìn)和培養(yǎng)基金等基金支持和先進(jìn)纖維與低維材料國際聯(lián)合實驗室、澳大利亞伍倫貢大學(xué)超導(dǎo)與電子材料研究所等支持。（來源：東華大學(xué)）