近日，盐城工学院的孙林教授与南京大学的金钟教授合作，在国际知名期刊ChemicalEngineering Journal上发表题为“Interfacial engineering of porous SiO_x@C composite anodes toward high-performance lithium-ion batteries”的研究文章。该文提出了一种简单的界面调控方法，通过低温锌热还原胺醛缩聚产物，实现了多孔硅的合成以及在多孔硅上原位包覆致密碳层。

    SiO_x@C复合负极被认为是下一代高容量锂离子电池最有前景的候选者之一。然而，碳包覆层的致密性差和厚度不均匀会对锂电池的核心指标如循环寿命、可逆容量等造成不利的影响，因此，与传统的物理研磨混合、溶液搅拌混合加热解的包碳工艺相比，在原子尺度开发先进的碳包覆工艺对于提高电池的电化学性能而言尤为重要。在本工作中，作者提出了一种简单的界面调控方法，通过低温锌热还原胺醛缩聚产物，实现了多孔硅的合成以及在多孔硅上原位包覆致密碳层。通过预锂化工艺处理后，所得到的pSiO_x@C负极锂电池表现出优异的电化学性能，首圈库伦效率达到93.4%；可逆比容量超过900 mAh g^-1；0.3 A g^-1的电流密度下保持1300圈的稳定充放电循环。本工作为高能量密度锂离子电池的硅基负极材料的设计提供了新的途径。

图1. pSiO_x@C复合材料的制备流程图以及形貌、元素组成分析。

该工艺首先由3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与对苯二甲醛反应，在温和条件下通过缩合反应生成白色沉淀(称为PHS-TA)。随后，通过受控的热解辅助锌热还原反应获得pSiO_x@C复合材料。所设计的pSiO_x@C结构具有几个显著的特点:i)碳包覆层来源于原位修饰的有机基团，如对苯二甲醛中的苯环和APTES中的氨丙基。形成连续而均匀的碳层，从而利于具有优异性能固体电解质界面(SEI)膜的形成，有效避免了活性材料直接暴露在具有腐蚀性的电解液中。此外，一定量的氮掺杂也能提高活性材料的导电性。ii)多孔结构和氧化物的存在有效缓解了充放电循环过程中的体积变化，促进了锂离子和电子的快速扩散，从而提高了电极材料倍率能力。iii)该工艺反应条件温和，在相对较低的温度下可以得到低价态的Si材料，避免了高温镁热还原反应条件苛刻且容易产生副产物的缺点。当用作锂离子电池的负极材料时，pSiO_x@C负极显示了优异的电化学性能。其首圈库伦效率达到93.4%；可逆比容量超过900 mAh g^-1；0.3 A g^-1的电流密度下保持1300圈的稳定充放电循环。这项工作为微环境下碳包覆层对硅基负极电化学行为的影响提供了一定的参考，为高能量密度硅基负极材料的发展提供了有前景的制备方法。

图2. pSiO_X@C负极锂电池的电化学性能表征。

图3. SEI膜的组成分析。