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近日，化學化工學院王家海教授團隊聯合香港科技大學邵敏華教授，在鋰離子電池負極材料領域取得重要進展。研究成果發表在國際知名期刊Nano-Micro Letter。 

1 研究背景

對于鋰離子電池來說，負極材料是影響電池整體性能的重要因素。因此，尋找具有高容量和優異循環性能的新型負極材料對于開發下一代鋰離子電池至關重要。碳化硅（SiC）具有較高的物理和化學穩定性，比如：高的電子遷移率、低的熱膨脹系數、以及高的機械強。因此，SiC材料在能量存儲與轉化領域受到越來越多的重視。SiC的晶格特點有利于自身脫鋰和嵌鋰，已經成為研發能量密度高、充電快，功率密度大和壽命長的高性能鋰電池負極材料的熱點。然而，SiC存在電子電導率低，離子內部擴散慢，以及表面易形成致鋰鈍化的固體電解質界面（SEI）膜等缺陷，會造成電池循環性能與庫倫效率的降低。為了解決這些問題，大多數研究組采用了表面石墨化、構建殼狀結構等方法，希望改進SiC電極的缺陷，提高鋰電比容量和循環性能。相比而言，基于界面工程研究可通過表/界面化學鍵的構筑，解決SiC電導率低和離子內部擴散效率低的問題。

2 研究內容

該工作原位構建外延氮摻雜石墨烯包覆SiC納米顆粒，利用氮摻雜石墨烯與SiC表面Si-C間的相互作用，構筑利于電荷轉移的通道，增強電池的倍率性能和循環性能。結合第一性原理分析，表面Si-C化學鍵的存在提高了該復合結構的導電性，促進電荷遷移，進一步降低鋰離子遷移能壘，調控電荷分布，提升電池的倍率和循環性能。全電池性能測試結果顯示其良好的實際應用前景。本研究利用表面構筑增強電極材料導電性及鋰離子存儲性能，提供了一種納米結構表面調控的設計方式。

3 研究相關

博士后孫長龍為本文的第一作者，王家海教授和邵敏華教授為共同通訊作者，廣州大學為第一單位。王家海，廣州大學化學化工學院教授，團隊研究方向包括能源催化材料、鋰電池、生物化學傳感器、納米孔單分子計數器和5G通訊。代表性成果發表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等國際知名期刊。

論文鏈接

         https://doi.org/10.1007/s40820-023-01175-6