形貌、石墨化程度可控的碳包覆多孔硅用于锂离子电池负极以及MXene复合金属锂负极

来源：X一MOL资讯

硅作为锂离子电池的负极材料之一，具有低的工作电压（0.2 V-0.3 V）、高的理论比容量（3579 mAh g-1），并且储量丰富。但是，存在的几个问题限制了它的商业化。充放电过程中产生巨大的体积膨胀（>400%）使硅负极粉化和破碎，从而导致集流体和活性材料之间的接触性变差，并且在硅负极和电解液之间伴随有副反应的发生。此外，连续生长的固态电解质膜会消耗电解液和锂离子，导致快速的容量损失、低的库伦效率，表现出差的电化学性能。

硅碳负极材料能够提高复合材料的导电性，缓解循环过程中产生的体积膨胀，因此被广泛研究。常见的复合材料有pomegranate-like Si structures、Si/C yolk-shell structures、Si@void@C nanocomposites、graphene/Si/C composite、watermelon-inspired Si/C microspheres、double carbon shell、N-doped porous carbon shell等。在这些复合材料中，碳层能够提高导电性，从而促进离子的快速传输。此外，碳层作为一种缓冲层，可以缓解循环过程中产生的体积膨胀，一直固态电解质膜的连续生长，因此会保持电极结构的完整性，得到优异的电化学性能。

山东大学材料科学与工程学院冯金奎教授课题组利用CO2和硅化镁合金合成出碳包覆的多孔硅，并将其作为锂离子电池的负极材料。该复合材料中，通过改变反应条件，可以调控多孔硅的孔隙率和碳包覆层的厚度及石墨化度。优化后的碳硅负极具有高的导电性，并且能够缓冲循环过程中产生的体积膨胀，从而保持碳包覆层及固态电解质膜的完整性。作为锂离子电池的负极材料时，具有优异的循环性能。此外，与MXene结合合成出新型的2D/3D复合结构。这种结构能够诱导均匀的锂金属沉积，使电池具有较长的循环寿命。与Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 的正极材料组成全电池时，表现出良好的电化学性能。