鋰離子電池硅基負極相關(guān)研究：

鋰離子電池發(fā)展到今天，人們對于其能量密度的要求越來越高。硅基鋰離子電池負極材料由于具有較低的氧化還原電位和高理論比容量，因此能夠為全電池提供更高的能量密度。然而，硅負極在鋰化/脫鋰化過程中存在著嚴重的體積膨脹效應(yīng)，這種劇烈的體積膨脹在每一周循環(huán)過程中都會持續(xù)發(fā)生對全電池的穩(wěn)定性造成致命傷害。通常，人們采用在硅納米顆粒表面構(gòu)建緩沖層（如聚合物緩沖層、碳包覆層、液態(tài)金屬包覆層等）的方法來抑制體積膨脹。但是，這些緩沖層要么具有多孔特性無法阻止電解液的滲透、要么與硅顆粒之間相互作用太弱以至于承受不了體積膨脹而脫落。

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針對上述問題，艾新平教授團隊認為，必須在硅納米顆粒表面構(gòu)建一層與硅存在鍵合作用的致密緩沖層，使其在體積膨脹過程中能夠適應(yīng)硅顆粒的體積變化不脫落，持續(xù)抑制電解液與活性材料的接觸以避免SEI反復成膜，這樣才能夠有效解決硅負極存在的問題。他們利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的酯基官能團與硅納米粒子表面Si-OH的鍵合作用成功地將PMMA包覆在表面，然后一步熱解得到雙核殼結(jié)構(gòu)的Si@SiOx@C材料[4]。得益于外層致密的碳層對電解液的封閉作用和中間SiOx對體積膨脹的緩沖效應(yīng)，這種復合硅負極能夠?qū)崿F(xiàn)1972mAh/g的高容量和長達500周的穩(wěn)定循環(huán)。長期循環(huán)過程中高達99.5%的庫倫效率說明Si@SiOx@C復合負極體積膨脹造成的活性物質(zhì)消耗確實得到了很大程度的緩解。

圖3 Si/PPP復合負極的制備過程示意圖

在上述致密鍵合性緩沖層思想的指導下，艾新平教授團隊又用簡單的機械化學方法制備了一種平面有序N摻雜導電聚合物包覆的復合硅負極Si/PPP（聚對苯）[5]。這種完全由芳香環(huán)組成的導電聚合物能夠在Si顆粒表面以平面的方式緊密堆積鍵合，從而形成兼具電子電導、聚合物柔性和致密性的人工SEI層。這種Si/PPP負極的可逆比容量高達2387mAh/g，在循環(huán)500周后的容量保持率高達88.5%，長循環(huán)過程中平均庫侖效率高達99.7%。
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