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AEM綜述：鋰離子電池中硅負(fù)極的新興有機(jī)表面化學(xué)進(jìn)展及前景

由于其獨(dú)特的高比容量和自然豐度，用于鋰離子電池（LIBs）的硅（Si）負(fù)極已獲得學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的深入研究。Si負(fù)極的表面化學(xué)正在成為開發(fā)下一代LIBs的關(guān)鍵，總結(jié)和分析相關(guān)研究的最新進(jìn)展可能具有獨(dú)特的實(shí)用價(jià)值。

圖1. Si負(fù)極中界面失效機(jī)制的示意圖

在此，四川大學(xué)劉慰研究員等人綜述了在定制Si顆粒表面以最小化循環(huán)引起的顆粒或電極整體結(jié)構(gòu)變化方面的持續(xù)努力。作為傳統(tǒng)涂層（如碳）的升級(jí)或替代品，Si上新興的有機(jī)部分為調(diào)整與對(duì)電化學(xué)性能至關(guān)重要的各種電池組件的相互作用提供了新途徑。首先，作者總結(jié)了在理解和設(shè)計(jì)用于LIB應(yīng)用的Si表面方面取得的進(jìn)展。

接下來，作者介紹了用于深入了解Si表面局部環(huán)境和循環(huán)引起的演化的先進(jìn)分析工具，指出有機(jī)成分在穩(wěn)定Si中的關(guān)鍵作用。然后，作者專注于Si負(fù)極上新興的有機(jī)表面化學(xué)改性，討論了對(duì)Si表面化學(xué)-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的詳細(xì)分析并提供了證明有機(jī)層功能的成功案例，即通過與電解液/粘結(jié)劑/導(dǎo)電劑的定制相互作用。此外，作者還進(jìn)一步討論了Si表面工程的指導(dǎo)方針和對(duì)最終電池應(yīng)用至關(guān)重要的相關(guān)指標(biāo)。

圖2. 基于氣、液或固相反應(yīng)的有機(jī)表面涂層方法的分類和比較

最后，作者總結(jié)了未來Si表面設(shè)計(jì)整體考慮和有前景的研究方向：

（1）在Si負(fù)極商業(yè)化方面，深入了解Si表面與各種物質(zhì)之間的相互作用至關(guān)重要，但目前仍有待探索；

（2）含Si微粒方面，需闡明表面部分的系統(tǒng)特定設(shè)計(jì)原則及其在電池運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)演變，同時(shí)需深入了解通過界面層的電子/Li⁺傳輸機(jī)制；

（3）Si電極方面，為表面調(diào)諧的Si顆粒開發(fā)適當(dāng)?shù)臐{料配方和電極干燥協(xié)議非常實(shí)用，同時(shí)需注意電解液相容性和協(xié)同作用；

（4）電池層次方面，需要弄清楚表面有機(jī)物質(zhì)是否溶解并與正極側(cè)發(fā)生串?dāng)_，同時(shí)進(jìn)一步研究表面化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)各種電池運(yùn)行條件的響應(yīng)；

（5）固態(tài)電池前景方面，Si表面設(shè)計(jì)原則可能會(huì)為開發(fā)下一代固態(tài)鋰電池提供一些啟示。

圖3. 基于有機(jī)表面改性的高能Si負(fù)極的應(yīng)用和未來研究方向

Emerging Organic Surface Chemistry for Si Anodes in Lithium-Ion Batteries: Advances, Prospects, and Beyond, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200924

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AEM綜述：鋰離子電池中硅負(fù)極的新興有機(jī)表面化學(xué)進(jìn)展及前景

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