納米硅因其優(yōu)異的理論容量和合理的循環(huán)穩(wěn)定性而作為新一代鋰離子電池（LIBs）負(fù)極材料引起了廣泛關(guān)注。然而，嚴(yán)重的副反應(yīng)經(jīng)常發(fā)生在 LIB 中的納米級(jí)硅/電解質(zhì)界面處，其中關(guān)鍵的電化學(xué)特性如初始庫(kù)侖效率 (ICE) 受到損害?；谶@一特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種新的方法，以一種簡(jiǎn)便、可擴(kuò)展的方式合成納米硅基顆粒，該顆粒具有預(yù)鋰化和空氣中儲(chǔ)存穩(wěn)定性的功能。由于反復(fù)鋰化/脫鋰循環(huán)。在液流電池中循環(huán)后，粒徑成功地從 1-4μm減小到約 30 nm。納米硅的體功能化是通過(guò)不平衡的鋰化/脫鋰循環(huán)過(guò)程引入的，這賦予了 ANSBM 獨(dú)特的預(yù)鋰化能力，該能力普遍適用于不同的陽(yáng)極系統(tǒng)，如納米級(jí) Si、SiO
x 和石墨，顯著改進(jìn)的ICE 證明了這一點(diǎn)。ANSBM 表現(xiàn)出卓越的空氣穩(wěn)定性（10% 相對(duì)濕度），這是由于由導(dǎo)電碳封裝的穩(wěn)定界面層進(jìn)行的表面功能化。這項(xiàng)工作的結(jié)果為合成具有良好電化學(xué)性能的雙功能化納米硅提供了一種有前景的方法，當(dāng)它與其他典型的負(fù)極材料復(fù)合時(shí)，其容量和初始庫(kù)侖效率都得到了提高。
圖 1. 本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的 SSFB 的結(jié)構(gòu)示意圖 (a) 和相應(yīng)的實(shí)際設(shè)置 (b) 以及電極反應(yīng)器的各個(gè)組件的示意圖 (c)。
圖 2. ANSBM 合成的整個(gè)過(guò)程示意圖及其在不同陽(yáng)極系統(tǒng)（納米硅、石墨和 SiOx）中的展示應(yīng)用。
圖 3. (a) 在 SSFB 中循環(huán)的 μm Si/KB 樣品的前 3 條 CV 曲線和 (b) 前 10 條恒電流放電/充電曲線。 (b) 中的插圖顯示了 μm Si/KB 樣品的第 9 次和第 10 次循環(huán)的曲線。
圖 4 μm Si
∧KB 和 SSFB 反應(yīng)器在 1 次循環(huán)、5 次循環(huán)、9 次循環(huán)和 10 次循環(huán)后的 X 射線衍射。
圖 5. ANSBM 樣本中選定區(qū)域的 μm Si( a-c)、 μm Si
∧KB (d-f) 和 ANSBM (g-i) 的 SEM 圖像和 EDS 結(jié)果 (j, k)。
圖 6. (a-c) 不同地區(qū) ANSBM 的 STEM 圖像。（d-f）任何區(qū)域的ANSBM的STEM圖像和紅框中的相應(yīng)局部放大率。(d) 中的插圖是(d)的SAED。 任何區(qū)域的團(tuán)聚體的局部放大 STEM 圖像（g 和 h）和（i）相應(yīng)的 HRTEM 圖像。 兩個(gè)晶面間距（1.14 和 1.22 Å）對(duì)應(yīng)于 LiF 結(jié)構(gòu)的（220）和（311）面。
圖 7 微米Si
∧KB (a, b)、nm Si/KB (c, d)和ANSBM (e, f)的N
2吸附和解吸等溫線及相應(yīng)的BJH孔徑分布曲線。
圖 8. ANSBM 10 秒濺射之前 (a) 和之后 (d) 的 XPS 光譜。ANSBM 在 (b, c) 和 (e, f) 10s 濺射之前和之后的 Li 1s 和 Si 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
圖 9. μm Si 顆粒表面和內(nèi)部的機(jī)理示意圖。 放電時(shí)形成涂層和 Li
zSi 合金，進(jìn)一步充電時(shí)形成 Li
ySi 合金 (z > y)。 ANSBM中的Li
xSi合金會(huì)在反復(fù)充放電后形成。
圖 10. ANSBM 在 0.005-3 V 的固定電壓窗口下進(jìn)行第一次充電和下一次放電/充電循環(huán) (a)。在引入/不引入 ANSBM 的情況下，nm Si (b)、SiO
x(c) 和石墨 (d) 的第一次放電/充電曲線。
圖 11. 與 ANSBM 復(fù)合的 SiO
x電極在空氣中儲(chǔ)存 0、3、7 和 30 天后的首次充電電壓曲線 (a)。 插圖顯示了第一次充電比容量相對(duì)于存儲(chǔ)時(shí)間的趨勢(shì)。 具有/不具有 ANSBM 成分（按質(zhì)量計(jì) 10%）的 SiO
x的第一次放電/充電曲線在空氣中存儲(chǔ) 30 天（b）。
相關(guān)研究成果由中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所Xiuxia Zuo和Yonggao Xia等人2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c03145)上。原文：In Situ Synthesis and Dual Functionalization of Nano Silicon Enabled by a Semisolid Lithium Rechargeable Flow Battery。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
.jpg)
