近日，化学化工学院王家海教授团队联合香港科技大学邵敏华教授，在锂离子电池负极材料领域取得重要进展。研究成果发表在国际知名期刊Nano-Micro Letter。 

1 研究背景

对于锂离子电池来说，负极材料是影响电池整体性能的重要因素。因此，寻找具有高容量和优异循环性能的新型负极材料对于开发下一代锂离子电池至关重要。碳化硅（SiC）具有较高的物理和化学稳定性，比如：高的电子迁移率、低的热膨胀系数、以及高的机械强。因此，SiC材料在能量存储与转化领域受到越来越多的重视。SiC的晶格特点有利于自身脱锂和嵌锂，已经成为研发能量密度高、充电快，功率密度大和寿命长的高性能锂电池负极材料的热点。然而，SiC存在电子电导率低，离子内部扩散慢，以及表面易形成致锂钝化的固体电解质界面（SEI）膜等缺陷，会造成电池循环性能与库伦效率的降低。为了解决这些问题，大多数研究组采用了表面石墨化、构建壳状结构等方法，希望改进SiC电极的缺陷，提高锂电比容量和循环性能。相比而言，基于界面工程研究可通过表/界面化学键的构筑，解决SiC电导率低和离子内部扩散效率低的问题。

2 研究内容

该工作原位构建外延氮掺杂石墨烯包覆SiC纳米颗粒，利用氮掺杂石墨烯与SiC表面Si-C间的相互作用，构筑利于电荷转移的通道，增强电池的倍率性能和循环性能。结合第一性原理分析，表面Si-C化学键的存在提高了该复合结构的导电性，促进电荷迁移，进一步降低锂离子迁移能垒，调控电荷分布，提升电池的倍率和循环性能。全电池性能测试结果显示其良好的实际应用前景。本研究利用表面构筑增强电极材料导电性及锂离子存储性能，提供了一种纳米结构表面调控的设计方式。

3 研究相关

博士后孙长龙为本文的第一作者，王家海教授和邵敏华教授为共同通讯作者，天游ty8线路1线路2检测中心为第一单位。王家海，天游ty8线路1线路2检测中心化学化工学院教授，团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等国际知名期刊。

论文链接

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