初始可逆性和优异的容量保持率是高性能锂离子电池（LIBs）大容量电极材料成功的关键要求，同时也给其发展带来了诸多挑战。硅因其优异的理论容量而被认为是一种很有前途的负极材料。然而，在镀锂/脱锂过程中，其体积变化很大，不断形成不稳定的固体电解质界面，最终导致初始库仑效率（ICE）较低和严重的容量衰减。

近日，韩国汉阳大学Kuk Young Cho，韩国材料研究所（KIMS）Dong-Ho Kim，韩国公州大学Sukeun Yoon报道了采用了一种SiO_x/Si/SiO_x三层膜和n型磷掺杂Si和SiO_x层相结合的方法，在Si薄膜负极中实现了高CE和比电容的最佳性能。

文章要点

1）研究发现，P掺杂的SiO_x层具有比Si更高的电导率，由于在保持结构完整性的同时具有很高的可逆性，因此表现出较高的ICE。SiO_x（其中x接近1）具有防止体积变化并起到活性物质的作用。此外，用Si设计的两个SiO_x层减小了电极-电解液界面的表面接触面积，从而显著地防止了由于不稳定的SEI形成而导致的Si表面退化。

2）实验结果显示，与SiO_x层结合的Si负极表现出最高的ICE（90.4%）和高的初始比容量（3534 mA h g^-1）。同时，在100次循环后，其比容量仍保持在2969 mA h g⁻¹，表现出较低的容量衰减。

3）研究发现，通过镀锂/脱锂，锂离子可以转移到P掺杂的Si和SiO_x层中，从而显著提高了Si负极的锂离子扩散系数。此外，SiO_x层有利于更快的锂离子输运，并对a-Si的大范围体积变化起到缓冲作用。

所提出的负极及其制备策略为Si薄膜负极在高能量密度、高功率密度LIBs中的实际应用具有良好的应用前景。

参考文献

Jinsol Im, et al, P-Doped SiO_x/Si/SiO_x Sandwich Anode for Li-Ion Batteries to Achieve High Initial Coulombic Efficiency and Low Capacity Decay, Small Methods 2021

DOI: 10.1002/smtd.202101052

https://doi.org/10.1002/smtd.202101052