Energy Technology:高能锂离子电池负极材料–纳米硅的制备及应用

纳米单质硅材料在太阳能电池、活体疾病诊断与治疗、光热疗、生物传感器、锂离子电池等领域受到了巨大的关注。近十年来,用于锂离子电池负极的纳米硅材料由于巨大的理论储锂比容量、较合适的嵌锂电位、在电解液中的稳定性以及硅元素在地壳中的丰富含量而得到了研究人员的青睐。但是,在充放电过程中,由于硅与金属锂的合金化和去合金化作用,导致硅材料体积巨大变化,从而极大降低了SEI膜的稳定性以及缩短了电池的工作寿命。因此,如何对硅材料进行结构的优化设计来应对体积膨胀带来的巨大应力是近年来研究的热点。此外,由于硅在自然界中通常是以硅酸盐、硅氧化物的形式存在,如何开发出简易的合成方法得到纳米硅材料,降低纳米硅材料的制备成本,也是硅纳米材料能否商业化应用的重要研究课题。近十年来,纳米硅材料的合成技术取得了长足的发展,有必要对此领域目前的发展情况进行总结,并思考未来的发展方向。

近日,盐城工学院建材研究院孙林博士基于近期工作和已有文献报道,以“Different Dimensional Nanostructured Silicon Materials: From Synthesis Methodology to Application in High- Energy Lithium-Ion Batteries”为题,总结了近十年来用于高能锂电池纳米硅负极材料的最新研究进展。该综述主要从不同维度纳米硅材料的合成方法出发,详细介绍了近期报道用于制备不同结构纳米硅材料的工作。进一步,阐述了不同结构纳米硅材料的储锂机制和在高能锂离子电池上的应用。文章最后进行了展望:尽管当前对硅负极材料的研究已取得较大的进展,但在实际应用中,硅材料的合成成本、硅负极锂电池的安全性能、SEI膜的稳定性等等仍然是需要去解决的问题。相关论文发表在Energy Technology (DOI: 10.1002/ente.201900962),第一作者为盐城工学院建材研究院孙林博士,通讯作者为南京大学化学系金钟教授。