随着便携式电子产品、电动汽车和电网规模储能系统的需求不断升级，开发具有高能量密度、成本效益和环境可持续性的下一代可充电电池势在必行。加速这些进步可以大大减少有害的碳排放。对主要目标的追求激起了人们对纯硅作为高容量电活性材料的兴趣，与传统的石墨材料相比，它能够进一步提高重量和体积能量密度。尽管具有这些有前景的特性，纯硅材料仍面临重大障碍，主要是由于它们在锂化/脱锂过程中体积发生剧烈变化。体积变化会产生严重的副作用，例如破裂、粉碎和分层，从而引发容量快速衰减。因此，减轻硅颗粒断裂仍然是一个主要挑战。重要的是，纳米级硅（尺寸低于 150 nm）表现出对反复体积变化引起的应力的弹性，从而凸显了其作为阳极活性材料的潜力。然而，体积膨胀应力不仅影响颗粒的内部结构，还会破坏硅外表面上自发形成的固体电解质界面（SEI）层，从而引起不良副反应。因此，尽管硅纳米颗粒提供了新的机遇，但克服相关问题至关重要。

近日，西江大学Jaegeon Ryu，浦项科技大学Soojin Park重点总结了纯硅负极开发中取得的重大进展，特别关注特征尺寸。

文章要点

1）自纳米级硅出现以来，以下纳米技术在通过纳米/微米结构生长颗粒方面发挥了至关重要的作用。同样，块状硅微粒由于其实用优势而逐渐通过后工程方法浮出水面。

2）研究人员简要讨论了块体硅工程和纳米/微米结构的代表性示例的特殊特征，所有这些都旨在克服内在的挑战，例如限制大的体积变化和稳定电化学循环过程中SEI的形成。随后，研究人员概述了推进纯硅负极以纳入高质量负载和高能量密度的指南。重要的是，这些进步需要卓越的材料设计和特殊电池组件的结合，以确保兼容性并产生协同效应。

参考文献

Minjun Je, et al, Constructing Pure Si Anodes for Advanced Lithium Batteries, Acc. Chem. Res., 2023

DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00308

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00308