昆明理工大学/云南大学/昆士兰大学AEM：可持续界面工程策略回收光伏硅废料制备高性能硅基负极

第一作者：王雷

通讯作者：席风硕*，马文会*，罗彬*，李绍元*

单位：昆明理工大学，云南大学，昆士兰大学

蓬勃发展的光伏产业带来大量的硅切割废料，不当处置不仅可能带来巨大的资源浪费，还会增加严重的环境负担。基于光伏硅切割废料粒度细、纯度高、片层结构的独特优势，将硅切割废料应用于制备硅基负极材料被认为是一种有效途径，仍面临界面稳定性差、电化学性能受限等问题。针对高性能硅基负极在批量化制备过程中存在界面不稳固以及循环稳定性不足的问题，本研究提出了一种可持续界面工程策略，为光伏硅废料到高性能硅基负极及量化制备的可行性提供了新路径。

近日，昆明理工大学/云南大学马文会教授团队与昆士兰大学罗彬教授在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Sustainable Recycling of Photovoltaic Silicon Waste into High-Performance Anodes via Interface Engineering”的研究论文。该工作创新性的利用光伏硅切割粉料的二维结构特征，通过砂磨构建硅与二氧化钛（TiO₂）的强界面耦合，借助刚性相界面粘附与载荷分担协同缓解体积变化，并实现了公斤级制备。所得Si/TiO₂/CNTs/C复合材料振实密度达到0.9g·cm^-3，组装的软包全电池能量密度达到320 Wh·kg^-1，并保持了优异的循环性能和倍率性能，为光伏硅废料的可持续利用和高性能硅负极的发展提供了新路径。相关工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、云南省重大科技专项等项目资助。

通过集成成熟且模块化的单元操作-砂磨、喷雾干燥和碳化，具有能耗低、成本可控和操作安全性高的优势。强界面耦合机制实现了材料性能、工艺可控性与资源利用效率的协同优化，展现出明显的新颖性和技术先进性，合成策略兼顾机理有效性与产业化可扩展性。

通过在Si与TiO₂之间引入稳定而紧密的强界面耦合结构，提升了材料颗粒的抗压性能，同时显著缓解了循环过程中由Li+嵌脱引发的应力集中与不均匀膨胀问题。该结构能够使材料在循环过程中的形变幅度降低超过30%，并实现更加均匀的应力分布，从而有效抑制由体积膨胀诱发的颗粒开裂与结构失效。这一结果揭示了界面工程在提升硅基负极结构稳定性与循环寿命方面的关键作用。

将所制备材料组装成容量为0.7 Ah的软包电池，并对其电化学性能进行系统评估。软包电池的能量密度可达320 Wh·kg^-1，在1 C电流密度下经过500次循环后，电池仍保持超过0.5 Ah的可逆容量，充分体现了其长期循环稳定性。即便在3C高倍率条件下，电池仍能够提供接近0.4 Ah的容量，并在低电流密度时快速回升，表现出优异的倍率性能与结构可逆性。

Sustainable Recycling of Photovoltaic Silicon Waste into High-Performance Anodes via Interface Engineering

李绍元，昆明理工大学教授，国家青年科学基金项目（B类）获得者。主要从事硅冶金与硅材料领域研究，先后主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金（面上2项）、云南省科技厅重大专项等项目20余项。近年来，以第一作者/通讯作者在Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater.等期刊发表学术论文100余篇，ESI全球高被引论文6篇，ESI热点论文3篇；获授权发明专利42件。研究成果获云南省科技进步特等奖1项，中国有色金属工业科学技术一等奖1项，云南省自然科学二等奖1项。目前兼任中国有色金属学会冶金物理化学学术委员会委员、中国有色金属学会半导体材料学术委员会委员，中国可再生能源学会光伏专委会委员等职。

席风硕，昆明理工大学副教授，入选中国科协青年人才托举工程、云南省兴滇英才计划。主要围绕新型锂电池硅基负极开发及应用、含硅固废综合回收及环境治理等方向开展研究工作。先后主持国家自然科学基金面上、青年项目2项，主持云南省重大科技专项课题、云南省重点项目等7项。以第一/通讯作者在Adv. Energy Mater., Energy Environ. Sci., Energy Storage Mater.等期刊发表学术论文40 余篇，其中ESI全球高被引论文4篇、ESI热点论文2篇，获授权国家发明专利12件；获云南省自然科学二等奖1项，云南省教学成果二等奖1项。目前担任Rare Metals、Chinese Chemical Letters、Carbon Neutralization等期刊青年编委。