科研進(jìn)展
青海鹽湖所在Coordination Chemistry Reviews和Small發(fā)表文章：鋰離子電池硅負(fù)極材料研究進(jìn)展
全球努力脫碳運(yùn)輸和整合間歇性可再生電力對電化學(xué)儲能提出了前所未有的要求。鋰離子電池（LIB）由于其重量和體積能量密度、循環(huán)壽命和制造成熟度的無與倫比的組合而成為主導(dǎo)技術(shù)。然而，支撐當(dāng)今電池的石墨負(fù)極僅提供372 mAh g-1（基于LiC6）并且正在迅速接近其基本上限。在典型的高能2170圓柱形電池中，石墨已經(jīng)占據(jù)了非活性質(zhì)量的~ 20%和體積的~ 10%。因此，為了滿足電動航空和遠(yuǎn)程電動汽車的≥350 Wh kg?1封裝級能量密度的新興目標(biāo)，一種替代的新型負(fù)極材料是必不可少的，它可以在保持壽命、快速充電能力和保持安全性的同時增加比容量。
氧化亞硅（SiOx）作為一種新興鋰離子電池負(fù)極材料，正展現(xiàn)出比石墨負(fù)極更高容量、比純硅更優(yōu)循環(huán)壽命的潛力，同時具有成本競爭力。然而其商業(yè)化進(jìn)程受到兩大挑戰(zhàn)的阻礙：一是本征初始庫侖效率偏低導(dǎo)致不可逆的鋰損耗，二是巨大的體積效應(yīng)和較差的導(dǎo)電性引發(fā)嚴(yán)重機(jī)械失效。盡管目前通過納米結(jié)構(gòu)調(diào)控、孔隙設(shè)計(jì)、組分優(yōu)化及多級結(jié)構(gòu)構(gòu)建等策略廣泛探索了提升初始庫侖效率、增強(qiáng)容量和延長循環(huán)壽命的途徑，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室級方案難以同時滿足工業(yè)界對高比容量、高振實(shí)密度、長循環(huán)穩(wěn)定性、制備重現(xiàn)性、規(guī)?；芰?、成本與安全性的綜合要求。要彌合這一產(chǎn)學(xué)研鴻溝，亟需建立從原子尺度到介觀結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計(jì)原則，以系統(tǒng)關(guān)聯(lián)SiOx結(jié)構(gòu)與整體電化學(xué)性能。本綜述深入解析了SiOx的鋰化機(jī)制、合成與結(jié)構(gòu)工程策略、實(shí)用化電極制備工藝及原位表征技術(shù)，推動了SiOx負(fù)極實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
高性能硅/碳（Si/C）也是一種新興鋰離子電池負(fù)極材料。青海鹽湖所鹽湖有機(jī)質(zhì)與硼鉀分離技術(shù)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)闡述了通過多尺度界面調(diào)制實(shí)現(xiàn)高性能硅/碳（Si/C）負(fù)極的內(nèi)在機(jī)理和設(shè)計(jì)策略，并通過化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備的復(fù)合材料為主要模型體系，探討了Si/C和電極/電解質(zhì)界面的控制。同時討論了本征優(yōu)化（摻雜、合金化）、結(jié)構(gòu)工程（多孔、蛋黃-殼結(jié)構(gòu)）和電極水平調(diào)節(jié)（粘結(jié)劑、電解質(zhì)）等補(bǔ)充策略。此外，我們還延伸到了軟包電池和固態(tài)電池，并再次闡明界面穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。通過建立結(jié)構(gòu)-界面-性能的相關(guān)性，這項(xiàng)工作為高容量硅負(fù)極從實(shí)驗(yàn)室原型過渡到商業(yè)應(yīng)用提供了一個整體框架。
相關(guān)成果以題為“Silicon oxide anodes: advances and challenges toward practical applications”的論文發(fā)表在國際頂級期刊《Coordination Chemistry Reviews》上，碩士研究生石凱為第一作者，導(dǎo)師中國科學(xué)院青海鹽湖研究所楊克利副研究員，臨沂大學(xué)鑫海新能源材料研究院王青磊副教授和浙江大學(xué)衢州研究院陳俊副研究員為共同通訊。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金（No.12205252，52172244）、青海省重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃（2024-QY-208）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的資助。同時，相關(guān)成果以題為“From Design to Application: Interface Engineering in Hierarchical Si/C Anodes for High-Energy-Density Batteries”的論文發(fā)表在國際高水平期刊《Small》上，碩士研究生仰帆帆為第一作者，導(dǎo)師中國科學(xué)院青海鹽湖研究所楊克利副研究員、彭姣玉副研究員和浙江大學(xué)衢州研究院陳俊副研究員為共同通訊。本研究得到了青海省重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃（2024-QY-208）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854525009646?via%3Dihub
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.73790
圖1：改性SiOx負(fù)極材料的各種策略
圖2：SiOx負(fù)極走向?qū)嵱没?br style="text-indent: 0px;"/>
圖3：多級硅基負(fù)極的策略和途徑：從合理構(gòu)建到實(shí)際應(yīng)用
圖4：多級硅基負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用案例
審核：葛飛
