纳米硅因其优异的理论容量和合理的循环稳定性而作为新一代锂离子电池（LIBs）负极材料引起了广泛关注。然而，严重的副反应经常发生在 LIB 中的纳米级硅/电解质界面处，其中关键的电化学特性如初始库仑效率 (ICE) 受到损害。基于这一特点，开发了一种新的方法，以一种简便、可扩展的方式合成纳米硅基颗粒，该颗粒具有预锂化和空气中储存稳定性的功能。由于反复锂化/脱锂循环。在液流电池中循环后，粒径成功地从 1-4μm减小到约 30 nm。纳米硅的体功能化是通过不平衡的锂化/脱锂循环过程引入的，这赋予了 ANSBM 独特的预锂化能力，该能力普遍适用于不同的阳极系统，如纳米级 Si、SiO_x 和石墨，显着改进的ICE 证明了这一点。ANSBM 表现出卓越的空气稳定性（10% 相对湿度），这是由于由导电碳封装的稳定界面层进行的表面功能化。这项工作的结果为合成具有良好电化学性能的双功能化纳米硅提供了一种有前景的方法，当它与其他典型的负极材料复合时，其容量和初始库仑效率都得到了提高。
 
 
图 1. 本实验中应用的 SSFB 的结构示意图 (a) 和相应的实际设置 (b) 以及电极反应器的各个组件的示意图 (c)。
 

图 2. ANSBM 合成的整个过程示意图及其在不同阳极系统（纳米硅、石墨和 SiOx）中的展示应用。
 
 
图 3. (a) 在 SSFB 中循环的 μm Si/KB 样品的前 3 条 CV 曲线和 (b) 前 10 条恒电流放电/充电曲线。  (b) 中的插图显示了 μm Si/KB 样品的第 9 次和第 10 次循环的曲线。
  
 
图 4 μm Si^∧KB 和 SSFB 反应器在 1 次循环、5 次循环、9 次循环和 10 次循环后的 X 射线衍射。
 
 
图 5. ANSBM 样本中选定区域的 μm Si( a-c)、 μm Si^∧KB (d-f) 和 ANSBM (g-i) 的 SEM 图像和 EDS 结果 (j, k)。
 
 
图 6. (a-c) 不同地区 ANSBM 的 STEM 图像。（d-f）任何区域的ANSBM的STEM图像和红框中的相应局部放大率。(d) 中的插图是(d)的SAED。 任何区域的团聚体的局部放大 STEM 图像（g 和 h）和（i）相应的 HRTEM 图像。 两个晶面间距（1.14 和 1.22 Å）对应于 LiF 结构的（220）和（311）面。
 
 
图 7 微米Si^∧KB (a, b)、nm Si/KB (c, d)和ANSBM (e, f)的N₂吸附和解吸等温线及相应的BJH孔径分布曲线。
 
 
图 8. ANSBM 10 秒溅射之前 (a) 和之后 (d) 的 XPS 光谱。ANSBM 在 (b, c) 和 (e, f) 10s 溅射之前和之后的 Li 1s 和 Si 2p 的高分辨率 XPS 光谱。
 

图 9. μm Si 颗粒表面和内部的机理示意图。 放电时形成涂层和 Li_zSi 合金，进一步充电时形成 Li_ySi 合金 (z > y)。  ANSBM中的Li_xSi合金会在反复充放电后形成。
 
 
图 10. ANSBM 在 0.005-3 V 的固定电压窗口下进行第一次充电和下一次放电/充电循环 (a)。在引入/不引入 ANSBM 的情况下，nm Si (b)、SiO_x(c) 和石墨 (d) 的第一次放电/充电曲线。
 
  
图 11. 与 ANSBM 复合的 SiO_x电极在空气中储存 0、3、7 和 30 天后的首次充电电压曲线 (a)。 插图显示了第一次充电比容量相对于存储时间的趋势。 具有/不具有 ANSBM 成分（按质量计 10%）的 SiO_x的第一次放电/充电曲线在空气中存储 30 天（b）。
 
        相关研究成果由中国科学院宁波材料技术与工程研究所Xiuxia Zuo和Yonggao Xia等人2022年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c03145)上。原文：In Situ Synthesis and Dual Functionalization of Nano Silicon Enabled by a Semisolid Lithium Rechargeable Flow Battery。

转自《石墨烯研究》公众号