南京林业大学韩响&陈继章和厦大张桥保 EnSM：微米硅负极的机械结构和SEI设计助力高比能液态和固态锂离子电池【文章信息】微米硅负极的机械结构和界面设计助力高比能液态和固态锂离子电池第一作者：顾岚汇通讯作者：陈继章*，张桥保*，韩响*单位：南京林业大学，厦门大学，中科院物理研究所，加州大学圣地亚哥分校，中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究所【研究背景】随着电动汽车、无人机、机器人、智能电子设备得广泛使用，当前锂离子电池的能量密度越来越难以满足人们的使用需求。
石墨作为商用锂离子电池的负极材料，比容量已接近其理论容量（~ 372 mAh/g）的极限，极大的阻碍了锂离子电池能量密度的进一步提升。
硅基负极因具有超高的理论比容量（~ 4200 mAh/g），且放电平台低（~0.4 V）、储量丰富、成本低等优势，是最有潜力的下一代高比能锂离子电池的候选负极之一。
但在嵌脱锂过程中，Si伴随着~300%的巨大体积变化，易导致材料结构破坏甚至粉化、失去电接触，与电解液持续发生副反应生成厚的SEI层，从而导致循环和倍率性能差。
因此，设计具有优异机械性能和结构稳定性的复合材料，降低硅与电解质的反应活性以可控构筑稳定且薄的SEI是实现硅基负极在液体和固态锂离子电池中实用化应用的关键。
【文章简介】鉴于此，南京林业大学韩响、陈继章课题组联合厦门大学张桥保团队等人通过固相加热的方法合成了磷酸锂 (Li3PO4)和碳双包覆微米Si (Si@LPO@C)的核壳结构（图1和图2）复合负极材料，能够有效缓解硅在充放电过程中体积膨胀产生的应力，保持结构完整性，原位形成的无定形SiO2纳米层又可以降低Li+从Li3PO4 (LPO)层到Si颗粒的传输能垒，有助于Li+的快速传输，优化了结构稳定性和输运动力学，实现了其在液体和固态电池中倍率和循环性能的协同提升。
此外，本文采用低反应活性的PEO@LATP有机无机复合固态电解质，应用于Si @Li3PO4@C的电极，通过冷冻电镜和XPS测试对比了液态和固态电池SEI成分，发现固态电池中的生成的SEI更薄且主要成分为LiF。
本文通过材料结构和电解质设计工程，提高了硅负极的稳定性和循环性能，为硅基负极的实用化提供了新的解决思路。
该文章发表在国际知名期刊Energy Storage Materials, 2022, DOI: 陈继章，南京林业大学教授，2009年和2013年于上海交通大学化学化工学院分别获得化学工程学士学位和应用化学博士学位，2014至2016年于香港中文大学电子工程系开展博士后研究，2016年加入南京林业大学材料科学与工程学院。
近年来围绕电化学储能器件（锌离子电池、锂离子电池和超级电容器）关键材料和农林生物质资源高效利用开展了系统性研究工作。
以第一作者或通讯作者在Adv. Mater.、ACS Nano、Energy Storage Mater.等期刊发表SCI论文50余篇（8篇他引>100次），H指数33，以第一发明人获4项授权发明专利。
入选江苏特聘教授和江苏省“六大人才高峰”。
个人主页：张桥保，厦门大学材料学院教授，博士生导师，南强青年拔尖A类人才，嘉庚创新实验室荣誉研究员，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。
2016年获香港城市大学哲学博士学位，2015年在佐治亚理工学院刘美林教授课题组访学，2016年至今在厦门大学工作。
主要从事二次电池关键电极材料的设计优化及其储能过程中的构效关系解析的基础科学和应用研究。
共发表SCI学术论文140 余篇，总引9000余次，ESI高引21篇，H 因子52。
迄今以第一或通讯作者 (含共同) 在Sci. Bull., J Energy Chem., Adv. Mater., Nat. Commun., Energy Environ. Sci., Mater. Today, Adv. Energy. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv.Funct.Mater., Chem. Soc. Rev., Prog. Mater. Sci., Coord. Chem. Rev.,等重要学术期刊上发表论文100余篇，两篇入选2019年度 “中国百篇最具影响国际学术论文”和 2020及2021年度J. Energy Chem. 杂志优秀学术论文 。
先后入选了全球前2%顶尖科学家榜单和全球顶尖10万科学家榜单。
担任中国颗粒学会青年理事， Chin.Chem.Lett.副主编, Rare metals 学术编辑， J. Energy Chem 和储能科学与技术杂志编委， InfoMat， Nano Research，SmartMat, 物理化学学报等杂志青年编委及客座编辑。
曾获2020中国新锐科技人物卓越影响奖，J. Mater. Chem. A.期刊新锐研究者奖，厦门大学教学成果特等奖和厦门大学德贞社会课堂基金优秀指导教师奖等奖项。
主编书籍【电池材料—合成、表征与应用 (化学工业出版社)】 一本。
个人主页：https://cm.xmu.edu.cn/2016/1128/c20302a446876/page.htm
