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哈工大杜春雨AFM：具有穩(wěn)定界面和高倍率性能的超薄硅納米片@rGO負(fù)極

由于薄且橫向尺寸大，二維硅材料作為鋰離子電池（LIBs）的高性能負(fù)極具有非常廣闊的前景。然而，超薄二維硅納米片（Si-NSs）的簡(jiǎn)便合成及其有效應(yīng)用仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)杜春雨等采用獨(dú)特的蝕刻還原法獲得了平均厚度<2 nm的超薄Si-NSs。

圖1 材料表征

首先通過對(duì)Al₂O₉Si₃蒙脫土進(jìn)行HCl蝕刻，然后進(jìn)行鎂熱還原，可合成平均厚度小于2 nm的超薄Si-NSs。隨后，將這些Si-NSs高度分散在石墨烯上，通過靜電自組裝過程可獲得Si-NSs@rGO納米復(fù)合材料。這是迄今為止報(bào)道的最薄厚度，它可提供短而直接的離子傳輸途徑，從而顯著促進(jìn)鋰化-脫鋰過程的可逆性。

此外，超薄性質(zhì)極大地抑制了由體積變化引起的應(yīng)力/應(yīng)變，從而可減輕充放電過程中的粉化。同時(shí)，石墨烯和Si-NSs的緊密組裝有效地提高了電子導(dǎo)電性，防止了高表面能Si-NSs的聚集，從而可實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)以承受深度鋰化和脫鋰。

圖2 Si-NSs@rGO的電化學(xué)性能

因此，這種獨(dú)特的Si-NSs@rGO納米復(fù)合結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的可逆容量（2395.8 mAh g^-1，0.05 A g^-1）和超高的倍率性能（1727.3 mAh g^-1，1000 mA g^-1）。更重要的是，Si-NSs@rGO材料還表現(xiàn)出超穩(wěn)定的循環(huán)性能（循環(huán)1000 次后的可逆容量為1006.1 mAh g^-1）和電極/電解質(zhì)界面（1000次循環(huán)的平均庫侖效率為 99.85%）。

這項(xiàng)工作為制備超薄硅納米片提供了一種有效的策略，并大大提高了硅基材料的倍率和循環(huán)性能，因此得到的Si-NSs@rGO復(fù)合材料是一種非常實(shí)用的鋰離子電池負(fù)極材料，具有較高的能量密度和較長(zhǎng)的使用壽命。

圖3 Si-NSs@rGO的倍率性能及Li⁺嵌入/脫嵌動(dòng)力學(xué)

Ultrathin Si Nanosheets Dispersed in Graphene Matrix Enable Stable Interface and High Rate Capability of Anode for Lithium-ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2021. DOI：10.1002/adfm.202110046

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