硅作为锂离子电池的高容量负极材料具有广阔的应用前景。纳米结构硅可最大程度地减少充电和放电过程中断裂的影响。但是，合成纳米结构硅通常需要具有高制造成本的复杂工序。另外，由于高振实密度的要求，这些复杂的过程通常会形成较差的二次颗粒。

有鉴于此，斯坦福大学崔屹教授报道了一种具有高成本效益的循环碘化工艺，该工艺不仅可以从低品位的硅微粒中制备出高质量的纳米硅，而且可以回收关键碘(I₂)。

文章要点

1）I₂和低品位硅微粒在操作过程中会生成碘化硅。然后将碘化硅分解成结晶硅和碘气可以回收I₂，从而在接下来的循环中几乎完全再利用I₂，因此实现了成本效益。

2）研究人员在实验室范围内演示了SiI₄的分解和形成，并对所生成的硅颗粒进行了电化学性能测试。通过改变SiI₄分解反应温度来发现硅颗粒形貌的差异。研究发现了900°C的临界温度，在这里可以产生球形的扭结硅纳米线簇，并称其为SiNC粒子。电子衍射图和透射电镜图像证实，SiNC颗粒是由树枝状核心单晶硅组成，表面覆盖着大量的扭曲的硅纳米线。TEM-EDS和XPS测试结果表明，SINC中没有碘或碘化硅杂质，说明SiI₄的高转化率可以进行SiI₄分解反应。即使没有进一步的碳涂层，SINC电极的电化学性能也表现出极好的循环性能，在1000次循环中容量保持率为83.6%，平均CE为99.8%。

3）原始的SINC具有许多打结成簇的硅纳米线。由于这种扭结作用，缠结的硅纳米线不仅形成空隙，而且彼此接触，从而分别提供了电解质通道，以提供更好的离子电导率和互连。因此，在1和50个循环后，SiNC颗粒可以保持被SEI层覆盖的原始形貌，而不会破裂。

4）研究人员还进行了SiI₄的形成反应，以确认由低级硅微粒合成的SiI₄的纯度。由于SiI₄的反应性，研究人员进行了间接材料分析，比较了合成的SiI₄和通过XPS获得的SiI₄的定性和定量测量结果。结果显示，所合成的SiI₄具有与所购买的SiI₄相同的光谱和相似的硅和I原子百分比。

You Kyeong Jeong, et al, Microclusters of Kinked Silicon Nanowires Synthesized  by a Recyclable Iodide Process for High-Performance Lithium-Ion Battery Anodes, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002108

https://doi.org/10.1002/aenm.202002108