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廈門大學(xué)EnSM: 限制Li+的侵入方向，讓鋰離子電池硅負(fù)極材料更高效

提高負(fù)極性能無疑是開發(fā)先進(jìn)鋰離子電池（LIBs）的一種簡單有效的方法，硅負(fù)極在循環(huán)過程中的巨大體積膨脹限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

研究證實(shí)晶體硅中的鋰化動力學(xué)是各向異性的，鋰化/脫鋰的速度很大程度上取決于鋰的侵入方向。那么，能否通過協(xié)同調(diào)整晶體取向和結(jié)構(gòu)幾何形狀來獲得穩(wěn)定的Si負(fù)極呢？

在此，廈門大學(xué)朱梓忠教授、張橋保副教授以及陳松巖教授等人通過簡單且低成本的電化學(xué)微加工方法設(shè)計(jì)并合成了具有 (110) 晶面的硅納米帶 (SiNR) 作為鋰離子電池的負(fù)極，鋰離子的侵入方向和鋰化硅的膨脹方向都限于<110>晶向。此外，作者通過實(shí)驗(yàn)和理論驗(yàn)證了脫鋰后硅原子鏈保留引起的SiNR再結(jié)晶。

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圖1. SiNR在電化學(xué)蝕刻過程中的演變

這種無需表面涂層處理的SiNR表現(xiàn)出高離子電導(dǎo)率、高穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）和長循環(huán)穩(wěn)定性，在2000次循環(huán)后保持1721.3 mAh g^-1的比容量（~80% 的容量保持率），初始庫侖效率（CE）為83%。

這項(xiàng)研究通過在實(shí)驗(yàn)和理論上利用硅的各向異性嵌（脫）鋰機(jī)制，為高性能LIB的合理設(shè)計(jì)提供了見解，也為其他電池的材料設(shè)計(jì)開辟了新的維度。

圖2. 含SiNR負(fù)極的鋰電池的電化學(xué)性能

Confining invasion directions of Li⁺ to achieve efficient Si anode material for lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.036

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