隨著移動(dòng)電子產(chǎn)品、大規(guī)模儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，開發(fā)高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性的鋰離子及后鋰離子電池成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。發(fā)展高容量、高倍率、高穩(wěn)定性的電極材料是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。

近年來(lái)，國(guó)家納米科學(xué)中心李祥龍、智林杰團(tuán)隊(duì)從低成本的二氧化硅納米顆粒出發(fā)，改進(jìn)鎂熱還原技術(shù)、規(guī)模化制備一種仿繡球形態(tài)的硅烯材料，應(yīng)用于鋰離子電池時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合儲(chǔ)鋰性能。近期，研究團(tuán)隊(duì)提出并發(fā)展一種“植皮式”二維共價(jià)封裝策略，基于繡球狀硅烯進(jìn)一步制備硅氧碳鍵基繡球狀共價(jià)雙烯，表現(xiàn)出很好的綜合儲(chǔ)鋰性能：在800mA/g的電流密度下重量與體積比容量分別高達(dá)2646mAh/g和2350mAh/cm3，在2000mA/g的電流密度下循環(huán)500次后重量比容量仍保持近1500mAh/g；即使在20000mA/g的電流密度下重量比容量仍高達(dá)810mAh/g，體積比容量相比非共價(jià)封裝和未封裝材料分別高出1358%和1442%；以整體器件計(jì)算，基于該碳硅材料的全電池能量密度比基于石墨的高出40%~60%，比目前的商業(yè)化鋰離子電池的比能量和能量密度均高出40%以上。初步研究表明，二維共價(jià)封裝策略在有效緩解硅體積膨脹的情況下，不僅提供了電子/鋰離子高效混合傳輸通道，還變革材料界面、確保了電子/鋰離子高效且穩(wěn)定傳輸。

相關(guān)成果以Stablehigh-capacityandhigh-ratesilicon-basedlithiumbatteryanodesupontwo-dimensionalcovalentencapsulation為題，發(fā)表在《自然-通訊》上。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院青促會(huì)等項(xiàng)目支持。