李平教授、曲选辉教授，J. Power Sources：碳纳米管内外缠绕显著增强固废硅源-多孔Si/SiOx@C微球结构稳定性

第一作者：何冬林

通讯作者：李平*，曲选辉*

单位：北京科技大学

硅（Si）作为下一代锂离子电池的理想负极材料，具有超高的理论比容量（4200 mAh g^-1）、低电化学电位等优点。但是，一方面纳米硅价格昂贵，另一方面硅在反复充放电过程中表现出巨大的体积变化，导致Si颗粒严重粉化和快速的容量衰减，因此，调节不可避免的体积变化以保持硅负极的结构完整性是一个巨大的挑战。本篇展示了将廉价的工业副产物硅灰作为硅源，通过油包水反向微乳液法结合镁热还原及碳包覆合成了一种独特结构的微球，展现了良好的电化学性能，本文为未来的研究提供了方向，有助于加速硅负极研究及实际应用。

近日，来自北京科技大学的李平教授与曲选辉教授团队，在国际知名期刊Journal of Power Sources上发表题为“A novel approach to synthesize micrometer-sized porous Si/SiOx@C with internally and externally interweaved CNTs as a high performance anode for lithium-ion batteries”的观点文章。该观点文章研究了以硅灰为硅源，同时加入CNT合成硅负极微球的制备方法，同时分析探讨了这种微球结构的优势。

Nano-Si、SFDP-Si/SiOx及CNT/SFDP-Si/SiOx@C的电化学性能差异与颗粒结构和是否引入CNT有关。对三种活性材料在充放电过程后的极片形貌及可能产生的结构变化进行分析讨论，如图2所示。对于Nano-Si电极而言（图4（a）），由于在循环过程中体积膨胀会导致硅颗粒的碎裂、粉化，进而有更多的硅与电解液接触，造成SEI膜的反复生长，容量迅速衰减；对于SFDP-Si/SiOx电极而言（图4（b）），SFDP-Si/SiOx微球由许多多孔纳米硅组成，但是颗粒之间缺乏较强的“束缚”，因而在脱嵌锂过程中微球体积膨胀，这会直接导致微球破碎，破碎的硅颗粒与粘结剂和导电剂缺乏有效的接触，失去活性，同时也会生成大量的SEI膜，共同导致电极容量快速衰减。相反，如图4（c）所示，在引入一维的导电通道CNT之后，CNT/SFDP-Si/SiOx@C微球的内部贯穿分布CNT，同时外面也有大量CNT对微球进行包裹，结合碳包覆，形成了内外贯穿的三维导电网络，一方面增强了微球的导电性，提高了有效的电子传输；另一方面，内外贯穿的CNT犹如缠绕的“绳子”，在体积膨胀的时候可以有效的“拉住”微球而不破裂，保持了微球的结构稳定性，使活性物质、导电剂和集流体始终保持良好的电接触，这是具有良好电化学性能的主要原因。

A novel approach to synthesize micrometer-sized porous Si/SiOx@C with internally and externally interweaved CNTs as a high performance anode for lithium-ion batteries

曲选辉教授简介：工学博士（中南大学），国家级杰出人才计划入选者，教授、博士生导师。现任先进粉末冶金材料与技术北京市重点实验室主任，国务院学位委员会第八届学科评议组成员，教育部高等学校材料类专业教学指导委员会委员。曾留学加拿大UBC（1986-1988年），曾任材料科学与工程学院院长（2004-2014年）、新材料技术研究院院长（2008-2020年）。主要学术兼职：中国新材料产业技术创新战略联盟副理事长，中国金属学会常务理事兼粉末冶金分会主任委员，《粉末冶金技术》主编， 《粉末冶金工业》副主编，《Powder Metall 》、《Acta Metall Sinica》、《Rare Metals》、《Metals》等10余杂志编委。

2023年当选国际先进材料学会会士（IAAM Fellow)。长期从事金属材料及粉末冶金专业方向的教学与研究工作。发表SCI论文750余篇，出版著作5部；获授权发明专利210余件（包括5件美国专利）、国家级教学成果一等奖1项（排名第一）、国家技术发明二等奖1项（排名第一）、国家科技进步二等奖1项（排名第四），省部级科技成果一等奖15项；曾获选国际先进材料学会最高荣誉奖章（IAAM Medal)世界粉末冶金大会（World PM2018）“中国粉末冶金贡献奖”、“何粱何利基金科学与技术进步奖”、“中国青年科技奖”、“全国优秀科技工作者”、“宝钢优秀教师特等奖”和“首都劳动奖章”等荣誉。领衔的团队先后入选“国防科技创新团队（2008年）”、“北京高校优秀本科育人团队（2020年）”和“全国高校黄大年式教师团队（2022年）”