SiO与其他Si负极相比具有改善的循环性能，但其原因有待深究。剑桥大学Clare P. Grey课题组使用原位⁷Li NMR和非原位⁷Li/²⁹Si MAS NMR对SiO活性材料在锂化/脱锂过程中形成的相进行了深入分析。研究发现，无定型a-SiO的完全锂化状态由Li₄SiO₄和特征性的金属相Li_xSi组成，后者具有相对高的锂浓度，x=3.4-3.5，在此期间不经历相变为晶态c-Li₁₅Si₄结构的过程，锂化/脱锂途径通过无定形相的逐渐固溶过程发生。这与纯Si相反，纯Si是通过两相反应在其完全锂化状态下形成c- Li₁₅Si₄。

在没有形成c-Li₁₅Si₄的情况下，通过a-SiO中固溶体的对称和逐渐的相变可能是其改善循环性的关键，因为防止了颗粒内部的裂缝形成。循环性改善的第二个原因来自被SiO₂区域包围的纳米尺寸的Si晶畴，这导致在锂化时形成被Li₄SiO₄包围的Li_xSi纳米域。这些含氧化物（SiO₂和SiO_x<2）缓冲层防止a-Si畴在循环时变大并且有助于抑制通常发生在纯Si中的连续SEI的形成。d-SiO电极的原位⁷Li NMR测量显示，热处理的SiO中Si晶畴的尺寸和结晶度对控制第一圈循环中与结晶Si区域破裂相关的过电位起着关键作用，同时可以确定在完全锂化状态下是否形成c-Li₁₅Si₄。鉴定与锂的良好循环性相关的特征性高锂浓度金属LixSi相，以及Si畴的尺寸在控制相变中所起的关键作用，为未来Si基负极的设计提供了重要的见解。

Keitaro Kitada, Oliver Pecher, Pieter C.M.M. Magusin, Matthias F. Groh, Robert S Weatherup, Clare P. Grey, Unravelling the Reaction Mechanism of SiO Anodes for Li-ion Batteries by Combining in situ 7Li and ex situ 7Li/29Si Solid-state NMR Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b01589

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b01589