材料学院任玉荣教授团队在长寿命硅基锂离子电池负极材料上取得重要进展

硅基负极因具有超高的理论比容量（~ 4200 mAh g^-1），且放电平台低（~0.4 V）、储量丰富、成本低等优势，是最有潜力的下一代高比能锂离子电池的候选负极之一。但在脱嵌锂过程中，硅伴随着~ 300%的巨大体积变化，易导致材料结构破坏甚至粉化、失去电接触，与电解液持续发生副反应生成厚的SEI层，从而导致循环和倍率性能差。针对长寿命、高比容量硅基负极材料的开发策略主要通过缩小颗粒尺寸、多孔结构构筑、表面包覆等可以在一定程度上缓解材料在充放电过程中产生的机械应力，但抑制体积膨胀效应的同时也会存在能耗问题。是否可以将体积膨胀效应所引起的机械应力合理利用，转化为推动电极反应的动力，同时解决体积膨胀带来的负影响，是一个重要的科学问题。

最近，一项由常州大学任玉荣教授团队的研究在调控锂离子电池界面离子输运方面取得了重要进展。研究团队提出利用硅负极在充放电循环中的“体积膨胀”特性构建了一种“序构”材料。通过在硅碳核壳复合材料表面引入“主动参与、主动作为”的功能化压电修饰层，利用合金化反应产生的机械应力诱导压电材料产生局域电场，实现机械能转化为电能，来获得一定的功能性，更加有效地促进界面锂离子输运能力，同时缓解合金化反应引起的体积膨胀，从而维持良好的界面接触。并且揭示了具有压电性能的表面修饰对于硅负极材料的改性机理。相关成果以“A Stress Self-Adaptive Silicon/Carbon “Ordered Structures” to Suppress the Electro-Chemo-Mechanical Failure: Piezo-Electrochemistry and Piezo-Ionic Dynamics”为题发表在材料科学顶级期刊Advanced Science （https://doi.org/10.1002/advs.202303696）上。该论文第一作者为我校22级博士研究生赵宏顺，通讯作者为任玉荣教授和青年教师李建斌博士。

压电效应调控锂离子输运行为示意图

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202303696.