硅基負極因其高容量而被認為是下一代鋰離子電池的理想候選材料。但循環(huán)過程中導電性低、體積變化大，不可避免地導致循環(huán)穩(wěn)定性較差。

在此，清華大學魏飛教授、張晨曦教授等人利用單壁碳納米管（SWCNTs）網絡和SiOx@C之間強大的范德華力，用干法制造了一種無粘合劑的硅基電極。作者還進一步探索SWCNT和多壁碳納米管（MWCNTs）作為導電網絡的不同機制。

通過實驗得到SiOx@C|SWCNT負極獲得了較高的初始放電容量（1785 mAh g^-1）、較高的初始庫倫效率（ICE，81.52%）以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，其鋰離子擴散系數（DLi+）比SiOx@C|MWCNT高3-4個數量級。

圖1. SiOx@C|SWCNT和SiOx@C|MWCNT負極的電化學性能

此外，作者還通過原位拉曼光譜和理論分析詳細闡明了其基本機制。研究發(fā)現，即使在高達6.2GPa的拉伸應力下，SWCNTs也能與SiOx@C保持良好的接觸，而MWCNTs在長期循環(huán)過程中由于高達8.9GPa的交替壓縮應力和高達2.5GPa的拉伸應力而失去電接觸。

在這種非常大的應力下，更靈活的SWCNTs和它們更強的范德華力確保SiOx@C仍然與SWCNTs有良好的接觸。

由于SWCNTs具有優(yōu)良的導電性、高長徑比和出色的柔韌性，它與硅基材料有良好的電接觸。受益于獨特的結構和連續(xù)的離子/電子傳輸途徑，SiOx@C|SWCN負極表現出高的初始庫侖效率、穩(wěn)定的循環(huán)和高速率性能，這是使用傳統LIB電極技術難以實現的。

因此，這項工作為表征電接觸提供了一種新的策略，也為理解SWCNT區(qū)別于其他導電劑提供了新的思路。

圖2. 原位拉曼光譜下，SWCNTs和MWCNTs在循環(huán)過程中的應力變化

Single-Walled Carbon Nanotube Film as an Efficient Conductive Network for Si-Based Anodes, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202300094