中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池(LIB)以壽命長、儲電性能好,、能量密度高,、工作電壓高等優(yōu)點，已成為便攜式電子,、電動汽車和替代能源經(jīng)濟的基石,。改良電極材料，是提高LIB電化學性能最關鍵可行的方法,。目前,，電極材料研究已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的碳基石墨負極，向過渡金屬氧化物,、錫和硅基材料等替代材料發(fā)展,。
硅在地殼中的儲量豐富程度僅次于氧元素。憑借其電子特性,，尤其是高容量,，這種富有前景的負極材料受到廣泛關注。然而,，這種材料在運行過程中的體積變化很大,，從而影響其穩(wěn)定性,、結構完整性和電性能，導致在充放電過程中出現(xiàn)顆粒破碎或集流器剝落等問題,。
日本Advanced Institute of Science and Technology（科學技術高等研究院）研究團隊從閃鋅礦獲得靈感,，提出一種在較低溫度下制備β-SiC基負極材料的合理設計，研究成果發(fā)表于“Materials Chemistry A”期刊,。
閃鋅礦系統(tǒng)中的三維金屬間化合物結構,，可在其間隙位置輕松容納鋰離子。當鋰離子在主體材料之間穿梭時,，這種結構的體積變化很小,，從而實現(xiàn)更好的壽命和可逆性。β-SiC是一種變體閃鋅礦材料,，也被稱為立方碳化硅,，富含具有四面體對稱配置的間隙位點可容納鋰離子，同時它有著不同尋常的機械,、熱和化學穩(wěn)定性,。但是β-SiC表面鋰化能非常高，而且制備需要高能耗的碳熱合成過程（溫度達1700-2500℃）,，這些阻礙了其在電池領域的適應性,。
該團隊設計了一種兩步合成工藝制備β-SiC基負極材料：第一步是在聚多巴胺基質中形成硅納米顆粒；第二步是在摻雜氮的碳基質中將其轉化為β-SiC納米顆粒的特殊變體,。與傳統(tǒng)方法相比,，這種轉換過程需要的溫度更低，可低至600攝氏度,。這種方法確保了嵌入的β-SiC納米顆粒與主體碳基體的無縫集成,，這是在鋰化-脫鋰過程中有效促進電荷和傳質的急需特性。
研究團隊將所獲得的材料用于電池配置,，并進行電化學篩選,。結果表明，該電池具有較高的電流密度,、額定容量和良好的可逆鋰離子存儲兼容性,。此外，還表現(xiàn)出高容量保持率,，在300次充放電循環(huán)后,，可保持約94%的容量，放電容量保持在1195 mAhg-1和在1000mAhg-1下525次循環(huán)后為707mAhg-1,。
利用這種β-SiC基合成材料為負極材料成功的應用到全電池（商用LiCoO2為正極）中,，這種結合方式的全電池展示了β-SiC在商業(yè)LiB系統(tǒng)中的巨大應用潛力�,？傮w而言,，這項研究可能是制造電化學活性β-SiC基電極的關鍵環(huán)節(jié),，為眾多β-SiC可應用于LiB方面打開了大門。
參考來源：
Zinc blende inspired rational design of a β-SiC based resilient anode material for lithium-ion batteries
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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