与其他纳米结构负极材料相比，纳米多孔硅具有高循环稳定性和高振实密度，因此可有效用于高能量密度电池的负极材料。但是，纳米多孔硅的合成成本高，产率低，限制了其实际应用。

有鉴于此，斯坦福大学崔屹教授报道了一种可扩展的，低成本的自上而下的过程，可控制空气中Mg₂Si的氧化，然后通过HCl去除MgO，从而在不使用HF的情况下生成纳米多孔硅。同时，通过控制合成条件，从商业角度出发，优化了多孔硅的氧含量，晶粒尺寸和产率。

文章要点：

1）原位环境透射电镜揭示了其反应机理。Mg₂Si微粒与O₂反应形成MgO和Si，同时防止SiO₂形成。

2）研究人员通过控制合成条件，同时优化了多孔硅纳米结构的氧含量，晶粒尺寸和产率，以满足商业需求。其合成的多孔硅中的氧含量仅为8％，低于商用硅纳米颗粒的12％，从而降低了对天然氧化硅锂化的不可逆锂损失。

3）微米级三维（3D）结构由相互连接的纳米颗粒组成，这些纳米颗粒提供了良好的导电性并通过抑制电解质进入颗粒核而减少了SEI的形成。因此，多孔硅纳米结构具有3033 mAh/g的高可逆容量，这大大高于市售硅纳米颗粒的2418 mAh/g。另外，也达到了84.3％的高初始库仑效率（对于商用硅纳米粒子而言为73.1％）和更高的后循环库仑效率（99.5％–99.9％）。

4）在实验室中，多孔硅产品的产率高达90.4％，生产能力为10 g /批，这表明该工艺具有很高的可扩展性。

总之，合成的具有高性能和可扩展性的3D纳米多孔硅微粒有望在下一代锂离子电池中得到实际应用。

Wang, J., Huang, W., Kim, Y.S. et al. Scalable synthesis of nanoporous silicon microparticles for highly cyclable lithium-ion batteries. Nano Res. (2020).

DOI：10.1007/s12274-020-2770-4

https://doi.org/10.1007/s12274-020-2770-4