材料学院任玉荣教授团队在材料科学顶级期刊《Electrochemical Energy Reviews》发表锂离子电池硅基负极材料的全面综述

硅基材料作为锂离子电池的负极时，具有以下优势：高的理论比容量（4200 mAh g^-1）是传统石墨材料的10倍以上；低的工作电压，使其与高容量且高电压的三元正极匹配时会进一步提高电池的能量密度；储量丰富，来源广泛，是地壳中含量第二的元素，仅次于氧；本身无毒，对环境无污染。因此，硅负极是行业内公认的下一代高能量密度锂离子电池负极材料的首选之一。但是，硅负极存在的几个挑战限制了它的进一步应用：（1）硅负极在循环过程中会发生大的体积膨胀/收缩，从而产生巨大的应力，导致硅的破碎和粉化，最终丧失电接触和造成容量的快速衰减；（2）硅负极在循环过程中固态电解质膜会不断破碎和重组，如此反复，导致固态电解质膜越来越厚，并伴随着电解液和离子的大量消耗；（3）从材料本身的性质来说，硅是常见的本征半导体材料，导电性能差，极大的限制了锤离子在硅负极中的扩散速率，严重影响硅负极的实际应用（如图1所示）。

图1. 硅基负极在锂化过程中的主要失效机制

考虑到硅基负极稳定性的重要性，深入了解其起源并采用相关的解决策略来提升其稳定性对于构建具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池是非常必要的。常州大学任玉荣教授团队首次从锂离子电池硅基负极稳定性的角度进行了全面概括。详细分析了硅负极材料在锂化过程中的失效机制；主要讨论了各种先进原位表征技术在分析硅基负极储锂机制方面的应用；重点从结构调控、界面工程、新型粘结剂和电解液添加剂等方面综述了关于增强稳定性研究的各个方面；最后，指出了硅基负极材料的挑战和潜在应用方向，并为其大规模应用以及产业化发展提供了未来的研究方向（如图2所示）。

图2. 近些年关于硅负极材料的相关研究工作

相关成果以“Si-Based Anodes: Advances and Challenges in Li-Ion Batteries for Enhanced Stability”为题发表在材料科学顶级期刊Electrochemical Energy Reviews（影响因子为31.3）上。Electrochemical Energy Reviews（《电化学能源评论（英文）》，简称EER），该期刊旨在及时反映国际电化学能源转换与存储领域最新研究进展。EER于2023年6月发布的爱思唯尔CiteScore为42.8，3个学科（材料科学、化学工程、电化学）排名蝉联第一；2023年6月发布的影响因子为31.3，在全球电化学领域排名持续位列第一。

该论文第一作者为我校22级博士研究生赵宏顺，常州大学是第一通讯署名单位，任玉荣教授是第一通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金（U22A20420，22078029，22208029，52203292），江苏省“333高层次人才培养工程”中青年领军人才项目和江苏省研究生科研创新计划（KYCX23_3027）等的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s41918-024-00214-z