低溫生長下全碳石墨炔改進硅負極鋰離子存儲性能的技術(shù)

（文章來源：電池中國網(wǎng)）

Si負極材料是鋰離子電池中，理論儲鋰能量較高的鋰離子負極材料之一，其理論容量可達到4000 mAh g－1以上。但是，Si負極材料儲鋰時，容易發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致電極粉化，電池容量急劇下降。目前，對于減少Si負極的體積膨脹對電極材料的影響，提高Si負極復(fù)合材料中的空隙體積，緩解容量急劇降低，提高Si負極電池的循環(huán)壽命等問題，是該領(lǐng)域亟待解決的重大問題。

結(jié)合石墨炔天然的低溫生長優(yōu)勢，在室溫下實現(xiàn)了在硅負極上原位生長超薄的二維全碳石墨炔保護層。這種在硅負極上原位構(gòu)筑全碳材料保護層的方式是其他碳材料所不能實現(xiàn)的。研究人員直接在硅負極上構(gòu)筑了具有優(yōu)異機械性能和電導(dǎo)性能的三維石墨炔全碳網(wǎng)絡(luò)，電極組件之間形成了牢固的全碳界面接觸。該方法高效地抑制了循環(huán)過程中硅負極巨大體積變化導(dǎo)致的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和電極界面的破壞，充分的發(fā)揮了硅負極的高比容量優(yōu)勢，在0．2 A g－1時比容量達到4122 mAh g－1，面積比容量高達4．72 mAh cm－2。在2 A g－1下，循環(huán)1450次后，比容量仍然能夠保持1503 mAh g－1。這種策略在解決其他高能量密度負極的問題時，顯示出巨大的潛力。

圖 1 Si負極上GDY的表征及合成示意圖：（a）在Si負極上，原位編織超薄石墨炔納米片導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的過程示意圖；（b）超薄石墨炔，SiNPs和CuNWs之間相互作用的結(jié)構(gòu)示意圖；（c）石墨炔的XRD譜圖；（d）石墨炔的拉曼譜圖；（e）石墨炔的XPS譜圖。

圖 2 原位編制網(wǎng)狀石墨炔前后的SEM對比圖：（a，b）FPCuSi編織石墨炔前的SEM圖像；（c，d）FPCuSi編織石墨炔后的SEM圖像；（e，f）FPCuSi編織石墨炔后的截面SEM圖像。

圖 3 石墨炔納米片和SiNP之間的結(jié)構(gòu)表征圖：（a）石墨炔負載Si的TEM圖像；（b）超薄石墨炔納米片的高分辨TEM圖像；（c）SiNP上的無縫隙涂層TEM圖像；（d）石墨炔納米片和SiNP連接處的高分辨TEM圖像；（e）兩個SiNP界面處的高分辨TEM圖像；（f）石墨炔納米片和CuNWs連接處的高分辨TEM圖像；（g）是（a）圖像中的元素分布圖。

本文采用原位、超低溫方法，在Si負極上構(gòu)建三維石墨炔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。研究了循環(huán)過程中，硅負極的界面接觸和體積變化。石墨炔網(wǎng)絡(luò)提高了Si負極的機械性能和導(dǎo)電性。在0．2 A g－1時，其比容量高達4122 mAh g－1。在2 A g－1下，循環(huán)1450后能維持1503 mAh g－1，循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆性。這種策略對于提高錫，鍺和氧化的能量密度具有很高的借鑒意義。
? ? ? （責任編輯：fqj）