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近日，化學化工學院王家海教授團隊聯(lián)合香港科技大學邵敏華教授，在鋰離子電池負極材料領(lǐng)域取得重要進展。研究成果發(fā)表在國際知名期刊Nano-Micro Letter。 

1 研究背景

對于鋰離子電池來說，負極材料是影響電池整體性能的重要因素。因此，尋找具有高容量和優(yōu)異循環(huán)性能的新型負極材料對于開發(fā)下一代鋰離子電池至關(guān)重要。碳化硅（SiC）具有較高的物理和化學穩(wěn)定性，比如：高的電子遷移率、低的熱膨脹系數(shù)、以及高的機械強。因此，SiC材料在能量存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域受到越來越多的重視。SiC的晶格特點有利于自身脫鋰和嵌鋰，已經(jīng)成為研發(fā)能量密度高、充電快，功率密度大和壽命長的高性能鋰電池負極材料的熱點。然而，SiC存在電子電導率低，離子內(nèi)部擴散慢，以及表面易形成致鋰鈍化的固體電解質(zhì)界面（SEI）膜等缺陷，會造成電池循環(huán)性能與庫倫效率的降低。為了解決這些問題，大多數(shù)研究組采用了表面石墨化、構(gòu)建殼狀結(jié)構(gòu)等方法，希望改進SiC電極的缺陷，提高鋰電比容量和循環(huán)性能。相比而言，基于界面工程研究可通過表/界面化學鍵的構(gòu)筑，解決SiC電導率低和離子內(nèi)部擴散效率低的問題。

2 研究內(nèi)容

該工作原位構(gòu)建外延氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒，利用氮摻雜石墨烯與SiC表面Si-C間的相互作用，構(gòu)筑利于電荷轉(zhuǎn)移的通道，增強電池的倍率性能和循環(huán)性能。結(jié)合第一性原理分析，表面Si-C化學鍵的存在提高了該復合結(jié)構(gòu)的導電性，促進電荷遷移，進一步降低鋰離子遷移能壘，調(diào)控電荷分布，提升電池的倍率和循環(huán)性能。全電池性能測試結(jié)果顯示其良好的實際應(yīng)用前景。本研究利用表面構(gòu)筑增強電極材料導電性及鋰離子存儲性能，提供了一種納米結(jié)構(gòu)表面調(diào)控的設(shè)計方式。

3 研究相關(guān)

博士后孫長龍為本文的第一作者，王家海教授和邵敏華教授為共同通訊作者，廣州大學為第一單位。王家海，廣州大學化學化工學院教授，團隊研究方向包括能源催化材料、鋰電池、生物化學傳感器、納米孔單分子計數(shù)器和5G通訊。代表性成果發(fā)表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等國際知名期刊。

論文鏈接

         https://doi.org/10.1007/s40820-023-01175-6