硅負(fù)極具有3579mAh g-1的高理論比容量，但在鋰化/去鋰化過(guò)程中巨大的體積變化（約300%）會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞，表現(xiàn)出低功率密度和較差的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，硅電極表面上的SEI脆弱且不穩(wěn)定，無(wú)法承受巨大體積變化，在循環(huán)過(guò)程中會(huì)不斷破壞和重構(gòu)。納米化的硅雖然提高了離子傳輸性能，但較大比表面積和加劇的副反應(yīng)會(huì)消耗電解液，導(dǎo)致容量快速衰減。高溫下這些不良反應(yīng)會(huì)加速，尤其在大電流密度下容易發(fā)生析鋰，可能導(dǎo)致熱失控，帶來(lái)嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)電解液調(diào)控和電極設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)特定組分/結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定SEI，但如何在電極與電解液間構(gòu)筑高效界面保護(hù)層仍是一個(gè)難題。

電極和電解液之間的相互作用引起了越來(lái)越多的關(guān)注。電解液添加劑可以提高電極的界面穩(wěn)定性，其氧化還原路徑具有多樣性，同時(shí)電極材料表面的差異性導(dǎo)致反應(yīng)活性與路徑不同。過(guò)渡金屬的特殊d軌道可催化電解液分解，通過(guò)調(diào)控官能團(tuán)或引入雜原子可有效提升電化學(xué)活性。通過(guò)電極結(jié)構(gòu)與電解液的協(xié)同設(shè)計(jì)，可使目標(biāo)溶劑分子特異性吸附于電極表面的內(nèi)亥姆霍茲面，進(jìn)而優(yōu)先分解形成特定組分的SEI。因此，亟需通過(guò)控制電極與電解質(zhì)界面之間的相互作用，從而構(gòu)建穩(wěn)定的SEI。

近期，上海大學(xué)施利毅教授團(tuán)隊(duì)及復(fù)旦大學(xué)夏永姚教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)協(xié)同刻蝕和水解過(guò)程，在多孔硅表面原位構(gòu)筑了一層納米級(jí)超薄且均勻的氧化鋁-氧化鈦（ATO）催化界面。該富含缺陷的氧化物界面促進(jìn)了氟乙烯碳酸酯（FEC）的選擇性吸附，并催化其轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iF。由此產(chǎn)生的富含無(wú)機(jī)物的SEI層具有電化學(xué)穩(wěn)定性，有利于離子傳輸，尤其是在高倍率循環(huán)和高溫條件下。這種具有大比表面積的多孔硅（114 m2g-1）被堅(jiān)固的SEI層所保護(hù)，其初始庫(kù)侖效率高達(dá)84.7%，即使在25 A g-1的高倍率下仍能保持692 mAh g-1的可逆容量，并且在5 A g-1下1000次循環(huán)中平均庫(kù)侖效率高達(dá)99.7%，同時(shí)在50℃，2 A g-1下循環(huán)500次后的容量保持率達(dá)80.0%，顯著優(yōu)于同類(lèi)型的硅負(fù)極材料。通過(guò)這種催化層構(gòu)建的穩(wěn)定SEI，為快充電池及高溫下硅基負(fù)極的發(fā)展提供了一種借鑒思路。

針對(duì)各類(lèi)負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國(guó)粉體網(wǎng)將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇。旨在為負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推負(fù)極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。屆時(shí)，上海大學(xué)施利毅教授將作題為《硅基負(fù)極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其性能研究進(jìn)展》的報(bào)告。報(bào)告將介紹施利毅教授課題組近期工作：

1、通過(guò)協(xié)同刻蝕和水解過(guò)程，在多孔硅表面原位構(gòu)筑納米級(jí)均勻氧化鋁-氧化鈦催化界面，促進(jìn)了氟乙烯碳酸酯選擇性吸附，并催化其轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iF。富含無(wú)機(jī)物SEI層具有電化學(xué)穩(wěn)定性，有利于離子傳輸，常溫及高溫條件下顯著優(yōu)于同類(lèi)型硅負(fù)極材料。

2、通過(guò)多元雜化體系設(shè)計(jì)，提升離子與電子協(xié)同導(dǎo)電能力，有效抑制了充放電過(guò)程中硅體積膨脹，促進(jìn)了硅基負(fù)極表面穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)界面層形成，有利于延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命。

專家簡(jiǎn)介：

施利毅，上海大學(xué)教授（二級(jí)），博士生導(dǎo)師，教育部材料復(fù)合及先進(jìn)分散技術(shù)工程中心主任。主要研究方向?yàn)榧{米材料可控制備及應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，多項(xiàng)成果在鋰電材料、先進(jìn)制程集成電路、特高壓安全保護(hù)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)化應(yīng)用。榮獲國(guó)家教育部、上海市、河南省等省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)10余項(xiàng)。授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利近300項(xiàng)、國(guó)際發(fā)明專利40項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇，H指數(shù)103，2020-2024年入選全球高被引學(xué)者，并入選全球前0.05%頂尖學(xué)者名單。

信息來(lái)源：

上大呂盈盈

復(fù)旦夏永姚等：在多孔硅上催化誘導(dǎo)高穩(wěn)定性界面助力高倍率鋰離子電池

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