多孔硅(Si)/碳纳米复合材料作为高能锂离子电池(LIBs)的负极材料已经得到了广泛研究。然而，在制备过程中，纳米孔结构中Si的收缩和烧结往往会削弱纳米孔Si的全部益处。

鉴于此，美国西北太平洋国家实验室张继光，Ran Yi报道了开发了一种简便、可扩展的合成工艺来制备微米级的Si/C复合材料（PC/Np-Si），该复合材料由沥青基碳（PC）稳定的纳米Si初级颗粒（Np-Si）组成。石油沥青浸渍到Si纳米结构中，防止了纳米Si的有害烧结和纳米孔在高温下的收缩，以及与Li的电化学(脱)合金化过程。

文章要点

1）室温浸渍石油沥青使纳米Si（<4 nm）即使在700 °C热处理后也能保持其纳米结构，而不会出现严重的晶体生长和纳米孔的收缩。浸渍沥青的高碳含量（≈45 wt%）稳定了具有高导电性和机械强度的纳米Si，并防止了电解质渗透和它与Si的副反应。

2）致密堆积的Si初级颗粒和浸渍沥青产生高密度（0.93 g cc⁻¹）和低比表面积（8.8 m² g^-1）（沥青浸渍前的原始多孔硅颗粒表现出972 m² g⁻¹的高比表面积），使其适合于传统的电池制造工艺。

3）Si/C复合材料的颗粒和电极水平的膨胀都通过保留Si的初级颗粒尺寸和纳米孔结构以及由于坚固的PC而提高的机械强度而得到缓解。

4）这些特性使得组装的PC/Np-Si||NMC532全电池具有优异的电化学性能（450次循环后容量保持率为80%）。

本工作开发的PC/NP-Si是硅基LiBs实际应用的极佳候选材料。同时，开发的独特工艺也可以扩展到开发其他合金类型的负极，这些负极需要在高温处理过程中保留所需的纳米结构。

参考文献

Sujong Chae, et al, A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch  in Nanoporous Silicon, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202103095

https://doi.org/10.1002/adma.202103095