作为锂离子电池负极的硅微粒材料（SiMP）比昂贵的纳米颗粒材料具有更高的体积容量和更少的界面反应。然而，其实际应用面临的最大挑战是在循环过程中的膨胀和粉化，导致电气断开和电极极化。
近日，天津大学杨全红教授，吴士超副教授报道了使用液态金属（LM）作为导电介质在电化学循环过程中连接粉碎的SiMP。
文章要点
1）首先，LM，即共晶镓铟合金(EGaIn)和被包围的SiMP被包裹在一个碳壳中，形成Si/LM@C胶囊，在该胶囊中，可流动的LM穿透简单的裂纹，并在破碎的Si碎片之间重新建立强大的电连接。这种内部修复消除了循环过程中产生的“死”硅。
2）其次，以甲烷为原料，通过化学气相沉积(CVD)在LM催化剂上生长了超长的碳纳米纤维(CNF)网络，实现了Si/LM@C胶囊的互连。这些CNF在Si/LM@C胶囊之间提供了导电网络。缠绕在一起的碳纳米纤维结合了Si/LM@C胶囊，对电极变形起到了缓冲作用。
3）该复合材料（Si/LM@C-CNF）具有优异的机械和电学完整性，表现出出色的储锂动力学、低的电极电阻和高倍率/循环性能。获得了4.15 g cm−3的极高材料密度和1.75 g cm−3的高电极密度，实现了超高体积容量。在5 A g−1的高电流密度下循环150次，在1 A g−1下循环200次，体积容量分别达到936 mAh cm−3和1578 mAh cm−3。
这些结果为具有较高体积能量密度的SiMPs实用化紧凑型锂电池的开发铺平了道路。
参考文献
Ziyun Zhao, et al, Liquid Metal Remedies Silicon Microparticulates Toward Highly Stable and Superior Volumetric Lithium Storage, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103565
https://doi.org/10.1002/aenm.202103565
