中国粉体网讯 锂离子电池(LIB)以寿命长、储电性能好、能量密度高、工作电压高等优点，已成为便携式电子、电动汽车和替代能源经济的基石。改良电极材料，是提高LIB电化学性能最关键可行的方法。目前，电极材料研究已经超越了传统的碳基石墨负极，向过渡金属氧化物、锡和硅基材料等替代材料发展。
硅在地壳中的储量丰富程度仅次于氧元素。凭借其电子特性，尤其是高容量，这种富有前景的负极材料受到广泛关注。然而，这种材料在运行过程中的体积变化很大，从而影响其稳定性、结构完整性和电性能，导致在充放电过程中出现颗粒破碎或集流器剥落等问题。
日本Advanced Institute of Science and Technology（科学技术高等研究院）研究团队从闪锌矿获得灵感，提出一种在较低温度下制备β-SiC基负极材料的合理设计，研究成果发表于“Materials Chemistry A”期刊。
闪锌矿系统中的三维金属间化合物结构，可在其间隙位置轻松容纳锂离子。当锂离子在主体材料之间穿梭时，这种结构的体积变化很小，从而实现更好的寿命和可逆性。β-SiC是一种变体闪锌矿材料，也被称为立方碳化硅，富含具有四面体对称配置的间隙位点可容纳锂离子，同时它有着不同寻常的机械、热和化学稳定性。但是β-SiC表面锂化能非常高，而且制备需要高能耗的碳热合成过程（温度达1700-2500℃），这些阻碍了其在电池领域的适应性。
该团队设计了一种两步合成工艺制备β-SiC基负极材料：第一步是在聚多巴胺基质中形成硅纳米颗粒；第二步是在掺杂氮的碳基质中将其转化为β-SiC纳米颗粒的特殊变体。与传统方法相比，这种转换过程需要的温度更低，可低至600摄氏度。这种方法确保了嵌入的β-SiC纳米颗粒与主体碳基体的无缝集成，这是在锂化-脱锂过程中有效促进电荷和传质的急需特性。
研究团队将所获得的材料用于电池配置，并进行电化学筛选。结果表明，该电池具有较高的电流密度、额定容量和良好的可逆锂离子存储兼容性。此外，还表现出高容量保持率，在300次充放电循环后，可保持约94%的容量，放电容量保持在1195 mAhg-1和在1000mAhg-1下525次循环后为707mAhg-1。
利用这种β-SiC基合成材料为负极材料成功的应用到全电池（商用LiCoO2为正极）中，这种结合方式的全电池展示了β-SiC在商业LiB系统中的巨大应用潜力。总体而言，这项研究可能是制造电化学活性β-SiC基电极的关键环节，为众多β-SiC可应用于LiB方面打开了大门。
参考来源：
Zinc blende inspired rational design of a β-SiC based resilient anode material for lithium-ion batteries
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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