尽管硅作为下一代锂离子电池（LIBs）的候选负极材料，受到了广泛的关注。然而，其巨大的体积变化和固有的低电子/离子电导率的缺陷阻碍了其进一步发展。
近日，西北大学Xiaojie Liu，Hui Wang报道了在阐述纳米构筑快聚集体的维度变化的基础上，通过静电纺丝和旋涂技术，成功地从相同的0D Si/C纳米球中设计并合成了1D纤维、2D平面和3D微球聚集体。通过详细的电化学分析，从尺寸设计公式、提高电化学性能的潜力和可配置的协同效应等方面论证和展示了不同类型的尺寸材料的优点。
文章要点
1）从0D硅纳米点开始，均匀分布在中空的碳壳纳米球中，虽然碳壳可以稳定SEI层，但其导电性和结构稳定性仍然不足。因此，1D SHC/NCF项链状纤维和3D SHCM聚集体都更倾向于诱导杂原子氮增大有效电场，增强电荷转移，改善材料的导电性，从而提高性能。同时，2D SHC平面提供了更有效的离子/电子传输路径和定向排列，从而提高了储锂性能，同时避免了镀铜箔的步骤。
2）当以1D、2D和3D产物作为LIBs负极时，发现1D样品的电化学性能优于2D和3D样品，对于锂半电池，0.5 A g−1循环1200次后容量为2000 mAh g−1，1 A g−1循环600次后容量为1300 mAh g−1；对于锂全电池，1 A g−1循环200次容量为453.5 mAh g−1。
3）此外，在实际应用中，从降低成本的角度来看，对于1D纤维来说，自支撑结构是非常有利的。值得注意的是，由相似的原始材料组成的不同尺度的骨料可以进一步提高储能，这一思想具有重要的实际应用意义，可供其他材料根据需要加以利用。
参考文献
Ruiyu Zhu, et al, Adjustable Dimensionality of Microaggregates of Silicon in Hollow Carbon Nanospheres: An Efficient Pathway for High-Performance Lithium-Ion Batteries, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c08866
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08866
