李玉良Adv. Mater.：低温生长全碳石墨炔改进硅负极锂离子存储性能

songwu

Si负极材料是锂离子电池中，理论储锂能量较高的锂离子负极材料之一，其理论容量可达到4000 mAh g-1以上。但是，Si负极材料储锂时，容易发生体积膨胀，导致电极粉化，电池容量急剧下降。目前，对于减少Si负极的体积膨胀对电极材料的影响，提高Si负极复合材料中的空隙体积，缓解容量急剧降低，提高Si负极电池的循环寿命等问题，是该领域亟待解决的重大问题。

Si负极上GDY的表征及合成示意图

碳材料对于改进高能量密度硅负极关键性能具有重要作用。近日，中国科学院化学研究所李玉良院士研究团队结合石墨炔天然的低温生长优势，在室温下，实现了在硅负极上原位生长超薄的二维全碳石墨炔保护层。这种在硅负极上原位构筑全碳材料保护层的方式是其他碳材料所不能实现的，具有重要的基础和应用价值。研究人员直接在硅负极上构筑了具有优异机械性能和电导性能的三维石墨炔全碳网络，电极组件之间形成了牢固的全碳界面接触。该方法高效地抑制了循环过程中硅负极巨大体积变化导致的导电网络和电极界面的破坏，充分的发挥了硅负极的高比容量优势，在0.2 A g-1时比容量达到4122 mAh g-1，面积比容量高达4.72 mAh cm-2。在2 A g-1下，循环1450次后，比容量仍然能够保持1503 mAh g-1。此外，这种策略在解决其他高能量密度负极的问题时，显示出巨大的应用潜力。相关成果以“Low-Temperature Growth of All-Carbon Graphdiyne on a Silicon Anode for High-Performance Lithium-Ion Batteries”为题发表在Advanced Materials上。