【成果簡介】

南京大學現代工程與應用科學學院朱嘉教授課題組應邀在AdvancedEnergyMaterials上發表進展報告“ChallengesandrecentprogressinthedevelopmentofSianodesforlithium-ionbattery”(DOI:10.1002/aenm.201700715)，對于近年來備受關注的鋰離子電池硅負極進行了總結與展望。

【研究內容】

圖1鋰離子電池硅基陽極的概述

a-c)基本挑戰

d-f)面向商業化的挑戰和最近進展

圖2硅陽極基本問題的解決方案

a)硅納米線示意圖

b)硅納米顆粒尺寸依賴性斷裂

【研究內容】

隨著電子便攜設備及電動汽車的快速發展需求，研究并開發高性能的鋰離子電池尤為關鍵。鋰離子電池硅負極被認為是下一代最理想的負極材料之一，由于其巨大的儲量和超高的理論比容量(4200mAh/g，相當于現在商業化石墨負極的十倍)，成為了科技界、產業界關注的焦點之一。

該進展報告首先介紹了硅負極的基本問題和解決方案，然后著重總結了硅負極應對商業化還需要解決的難題以及近年來的進展，主要包括首圈庫倫效率，振實密度和材料成本三個方面，最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進行了展望。納米結構的硅負極解決了硅嵌鋰時體積膨脹而引發的材料粉碎和不穩定的SEI的問題，提高了電化學循環性能。但是納米結構的高比表面積導致首圈庫倫效率低，振實密度和面積比容量低，同時納米結構的制備工藝復雜，成本高，這些因素嚴重影響了硅負極的商業化。該文從二次結構設計，預嵌鋰和電解液添加劑三個方面總結了首圈庫倫效率方面的進展，從微米結構設計，導電粘結劑方面總結了振實密度以及面積比容量的提高，從低純度硅和自然界硅源來降低材料成本。最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進行了展望。