《AFM》:昆明理工大学硅冶金与硅材料研究团队在光伏硅切割废料制备高倍率性能硅基负极方面取得重要进展

第一作者：王雷, 陆继军

通讯作者：李绍元*, 马文会*

第一通讯单位：昆明理工大学

近日，昆明理工大学硅冶金与硅材料团队以光伏硅切割粉料为原料，基于切其二维结构特征，结合流化床原子层沉积技术制备获得高倍率性能硅基负极。合成的硅基负极表现出高初始库伦效率（90.9%）和高倍率性能（在20 A·g_-1电流下放电比容量大于900 mAh·g_-1），为光伏废料的增值利用以及高首效、高倍率硅基负极的开发提供了新思路。相关工作以题为“Controllable Interface Engineering for the Preparation of High Rate Silicon Anode”的研究论文发表在材料领域知名期刊《Advanced Functional Materials》上。相关工作获得云南省科技厅重大专项（No. 202402AF080005）、国家自然科学基金面上（No. 51974143）项目资助。

图1展示了Si@Li₂O@TiO₂的合成策略。FBALD技术的使用保证了硅表面涂层的均匀性。通过锂源和钛源之间的切换来控制Li₂O和TiO₂层的逐步沉积，通过控制沉积次数来控制表面沉积层的厚度，最终在硅表面成功沉积了Li₂O和TiO₂。

硅废料呈现出亚微米级二维结构。通过Comsol有限元模拟计算的方法，证实了硅废料具备更快的锂化/脱锂化速率，同时在循环过程中应力分布更加均匀。使用FBALD在硅表面连续沉积了Li₂O和TiO₂，其微观形貌如图2所示。沉积层以非晶态存在于硅表面，无定形的Li₂O@TiO₂沉积层在循环过程中表现出弹性和优越的缓冲性能，能够束缚硅颗粒的体积膨胀，提升循环稳定性。

合成的Si@Li₂O@TiO₂展现出优异的电化学性能，得益于双沉积层（Li₂O@TiO₂）的协同效应，初始库伦效率达到90.9%，在20 A·g^-1的电流下，表现出超过900 mAh·g^-1的放电比容量，在2 A·g^-1的电流下循环超过1150次，具备超过1300 mAh·g^-1的剩余放电比容量，表现出优异的电化学性能。

昆明理工大学研究团队利用光伏硅废料二维结构特征，结合连续FBALD技术合成了一种具有高倍率和高首效的硅基负极。相关工作为光伏硅切割废料增值回用提供了新思路，为锂离子电池高倍率性能、高首效硅基负极开发提供了新策略，有助于光伏—储能产业的可持续融合发展。

李绍元，昆明理工大学教授，博士生导师。国家公派澳大利亚新南威尔士大学光伏与可再生能源学院访问学者，云南省优青、云南省“兴滇英才支持计划”、全国高校冶金院长奖获得者，中国可再生能源学会光伏专委会委员，中国有色金属学会半导体材料学术委员会委员。先后主持国家自然科学基金项目5项，参与主持云南省重大专项、云南省重点项目、青年项目以及省级人才培养项目等10余项，发表高水平SCI学术论文100余篇，获授权发明专利46件，合作出版英文专著1部。

马文会，云南大学副校长，昆明理工大学教授，博士生导师。国家高层次人才特聘教授、国家“万人计划”科技创新领军人才，云南省硅冶金与材料技术研究创新团队负责人。长期从事有色金属真空冶金、工业硅生产、多晶硅制备新技术及新能源材料制备等领域的研究。先后主持和参与国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国际合作项目以及企业委托项目等40余项。获国家技术发明二等奖1项，省部级科技奖一等奖5项、二等奖1项；以第一作者或通讯作者发表高水平SCI论文200余篇，申请国家发明专利100余项、获授权60项，出版学术专著或教材4部。