硅(Si)是下一代锂离子电池最有希望的负极候选材料，但由于其导电性差，循环过程中体积变化大，循环困难，严重阻碍了其应用。纳米结构硅基材料具有很高的负载和循环稳定性，但对工艺和工程来说仍然是一个挑战。
近日，法国格勒诺布尔大学Cédric Haon，Pascale Chenevier报道了通过一种简单且可扩展的一锅法制备了一种硅纳米线-石墨复合材料（GT-SiNW）。
文章要点
1）SiNW的均匀分布和石墨薄片的排列防止了电极粉碎，并在循环过程中容纳了体积膨胀，导致极低的电极膨胀。有趣的是，在合成过程中，有机硅烷前体在SiNW周围生长了一层薄的天然有机外壳，大大降低了Si与空气接触时的氧化程度，提高了电化学性能。
2）GT-SiNW负极在C/5倍率下循环100次后，即使负载量为2.7 mg cm-2，其可逆容量仍可达1000 mAh g-1。由NMC-622和GT-SiNW组成的全电池在300次循环中具有414 Wh kg-1的高能量密度，容量保持率为70%。此外，GT-SiNW电极在100次循环后的膨胀率仅为20%，是目前文献报道的最低值。
3）利用FIB-SEM横截面成像技术对电极形貌和溶胀机理进行了探讨，结果显示，SiNW纳米孔隙度与石墨片微观结构之间存在着独特的协同效应。
这项工作为在纳米和微米尺度上设计高效的富硅负极提供了卓有成效的纳米和微米级活性复合材料工程的见解。
Saravanan Karuppiah, et al, A Scalable Silicon Nanowires-Grown-On-Graphite Composite for High Energy Lithium Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c05198
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05198
