硅（Si）基材料具有超高的比容量，有望成为下一代高能量密度锂离子电池的理想负极材料。如何探索一条简单、方便、可控的具有高导电性和良好结构的硅复合负极材料的合成路线，仍然是发展硅基复合负极材料面临的巨大挑战。
基于此，中科院福建物构所温珍海研究员，Xiang Hu报道了提出了一条新的合成路线，利用著名的Mg-热还原法来制备三维(3D)多孔Si/C纳米结构（p-Si@C），其具有互连的导电网络和分层的介孔结构，使其具有良好的性能和结构，可作为锂离子电池（LIBs）的负极材料。
文章要点
1）第一步是制备Mg2Si，较低的吉布斯自由能引发氧化硅或二氧化硅用过量的镁进行热还原，只在常压下产生Mg2Si的主要产物，而不是在密封的负压环境中Si和Mg之间的直接固相反应Mg2Si。因此，在通过酸蚀去除MgO后，可以得到具有纳米结构的Si互连多孔网络（p-Si）。然后，用聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）对p-Si表面进行正电荷修饰，间苯二酚甲醛(RF)被原位缩合到p-Si上（p-Si@RF）。最后，对p-Si@RF进行退火处理，成功制备了p-Si@C。
2）各种技术结合密度泛函理论（DFT）计算的综合表征结果表明，所制备的p-Si@C纳米结构有利于形成稳定的固体电解质界面（SEI），促进Li+的传输和电子转移，减轻Li+存储的体积膨胀效应。
3）实验结果显示，p-Si@C负极不仅具有1078.68 mAh g-1的高可逆容量和在1 A g-1下超过500次循环的惊人的循环稳定性，而且即使增加到10 A g-1，也能保持47.9%的容量保持率。进一步通过基于商用磷酸铁锂（LFP）正极的锂离子全电池，证明了p-Si@C在实际应用的可行性。以正极和负极活性物质的总质量计算，在0.2 C下具有124.4 mA g−1的稳定可逆容量和381.61 Wh kg-1的高能量密度。
参考文献
Qian Liu , Yaxin Ji , Ximeng Yin , Junwei Li , Yangjie Liu , Xiang Hu , Zhenhai Wen , Magnesiothermic Reduction Improved Route to High-yield Synthesis of Interconnected Porous Si@C Networks Anode of Lithium Ions Batteries, Energy Storage Materials (2021)
DOI：10.1016/j.ensm.2021.12.017
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.12.017
