实现高振实密度锂离子电池阳极硅的方法

硅由于其4200 mAh/g的高理论容量、低放电电位（相对于Li/Li约为0.5 V）、环保性质和丰富的地球储量的特点，已被广泛研究，成为下一代高能量密度锂离子电池（LIBs）最有前途的候选阳极之一^[1]。

特别是，目前提出了与硅结合的导电材料（如碳、石墨烯和聚合物）来促进电子和离子的传输^[2]，防止溶剂分子和大阴离子与硅直接接触^[3]。MI等人^[4]提出了一种用于制备蛋黄壳结构的自我牺牲模板策略Si@void@C复合材料以提高锂离子电池的循环稳定性。ZHANG等人^[5]设计了一种硅-钠-藻酸盐-聚苯胺复合材料，以适应硅颗粒的体积膨胀，从而避免在脱锂过程中通过氢键自修复过程使颗粒粉碎。

但硅颗粒的临界体积变化和粉碎问题必须通过强大的纳米材料设计方法来克服。然而，纳米材料的大表面积和低振实密度严重削弱了硅在电极水平上的容量优势。因此，SHI等人^[6]设计了一种稳定的基于纳米结构核壳的自组装微团簇作为锂离子电池的阳极Si@SiOX建筑砌块，以实现高振实密度（0.67 g·cm^-3）。

通过真空酯化制备作为碳源的高粘度凝胶，以分别在微团簇内外形成碳骨架和碳层。在自组装微团簇中，碳层充当微米大小的电解质屏障，以促进稳定的可渗透Liþ的SEI层的形成，碳骨架和SiOX层为硅的体积膨胀提供缓冲。通过自组装减少纳米颗粒的多余空间，有效地增加了纳米材料的振实密度，从而实现1063 mAh·cm的体积容量。

[1] Armand M, Tarascon J M. Building better batteries[J]. nature, 2008, 451(7179): 652-657.

[2] Zhu G, Chao D, Xu W, et al. Microscale silicon-based anodes: fundamental understanding and industrial prospects for practical high-energy lithium-ion batteries[J]. ACS nano, 2021, 15(10): 15567-15593.

[3] Shi J, Zu L, Gao H, et al. Silicon‐based self‐assemblies for high volumetric capacity Li‐ion batteries via effective stress management[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 30(35): 2002980.

[4] Mi H, Yang X, Li Y, et al. A self-sacrifice template strategy to fabricate yolk-shell structured silicon@ void@ carbon composites for high-performance lithium-ion batteries[J]. Chemical Engineering Journal, 2018, 351: 103-109.

[5] Mi H, Yang X, Li F, et al. Self-healing silicon-sodium alginate-polyaniline composites originated from the enhancement hydrogen bonding for lithium-ion battery: A combined simulation and experiment study[J]. Journal of Power Sources, 2019, 412: 749-758.

[6] Shi J, Gao H, Hu G, et al. Interfacial self-assembled Si@ SiOX@ C microclusters with high tap density for high-performance Li-ion batteries[J]. Materials Today Energy, 2022, 29: 101090.

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