中國(guó)粉體網(wǎng)訊  

研究背景

硅氧烯作為一種新型的二維材料，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用潛力。特別是作為鋰離子電池的負(fù)極材料，硅氧烯體積變化小，較低的擴(kuò)散途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面相和較低的電子及離子電導(dǎo)率導(dǎo)致了低的庫(kù)侖效率，較差的倍率性能和循環(huán)性能，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。

成果簡(jiǎn)介

近日，山東大學(xué)馮金奎課題組等人設(shè)計(jì)了利用原位生長(zhǎng)的方法制備了一種包覆在二維硅氧烯表面的薄的多孔共價(jià)有機(jī)骨架（COF）包覆層。由于繼承了共價(jià)有機(jī)框架的高離子電導(dǎo)率和電解質(zhì)兼容的優(yōu)點(diǎn)，COF改性的硅氧烯可以有效的改善其界面問(wèn)題且提高其離子電導(dǎo)率，從而顯示出了優(yōu)越的電化學(xué)性能。特別地，在8Ag^-1的大電流密度下容量循環(huán)1500次，容量保持率仍達(dá)到96%。該文章發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Small methods上。張煜嬋為本文第一作者。

圖文導(dǎo)讀

為了實(shí)現(xiàn)硅氧烯負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用，表面包覆是一種有效的方法。其不僅需要改善硅氧烯負(fù)極的界面問(wèn)題，同時(shí)也提高了其離子及電子電導(dǎo)率的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的COF原位生長(zhǎng)在二維硅氧烯表面對(duì)其進(jìn)行包覆，這里選擇COF作為改性硅氧烯的原因是由于COF自身的多孔結(jié)構(gòu)擁有高的離子電導(dǎo)率，以及與電解液具有良好的兼容性，從而改善負(fù)極材料與電解液之間的界面問(wèn)題。通過(guò)這種改性方式來(lái)提高硅氧烯負(fù)極材料的電化學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化。

1.首先通過(guò)化學(xué)脫合金的方法，制備了二維的硅氧烯材料，隨后將COF原位生長(zhǎng)在制備的硅氧烯材料表面，得到的薄的包覆層，實(shí)驗(yàn)表明，COF成功的生長(zhǎng)在二維硅氧烯表面。

2.COF原位包覆的硅氧烯負(fù)極，提高了其循環(huán)可逆性，倍率性能，特別的在8Ag^-1的大電流密度下，展現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能。

3.通過(guò)反應(yīng)后的SEM圖片對(duì)比，證明了COF包覆的硅氧烯可以有效地修飾SEI界面，在循環(huán)1000周后，仍保持完整的平面且與集流體保持緊密的貼合。

4.當(dāng)改性的硅氧烯負(fù)極與5V正極組成全電池后展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，在循環(huán)100周后仍有較高的容量。

圖1COF原位包覆二維硅氧烯的示意圖

圖2多孔COF原位生長(zhǎng)在二維硅氧烯表面

圖3硅氧烯負(fù)極的電化學(xué)性能

圖4反應(yīng)后的SEM圖片

圖5硅氧烯負(fù)極與5V正極組成的全電池的電化學(xué)性能

【結(jié)論】

輕質(zhì)的COF作為包覆薄層，原位生長(zhǎng)在硅氧烯負(fù)極表面，有效地解決了硅氧烯負(fù)極與電解液之間的界面問(wèn)題。多孔COF包覆在硅氧烯表面，增加了其固有的離子導(dǎo)電性和電解質(zhì)相容性。從而提高了硅氧烯作為負(fù)極的鋰離子電池的電化學(xué)性能。因此，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，高能量密度和可實(shí)現(xiàn)高倍率的鋰離子電池能夠通過(guò)COF原位包覆在硅氧烯表面實(shí)現(xiàn)。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！