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近日，中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院周向陽(yáng)教授、楊娟教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上發(fā)表了題為《強(qiáng)晶粒持續(xù)釘扎強(qiáng)化的納米晶硅穩(wěn)定儲(chǔ)鋰》（Stable lithium storage with strong-grain sustained pinning-reinforced nanocrystalline silicon）的研究成果，為低成本高硅負(fù)極的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新思路、新方法。

高理論容量（4200mAh/g）硅負(fù)極在高比能鋰離子電池與固態(tài)電池中顯現(xiàn)出了巨大應(yīng)用前景，但其充、放電過(guò)程中的體積效應(yīng)（體積膨脹>300%）嚴(yán)重阻礙了規(guī)?；瘧?yīng)用進(jìn)程。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，無(wú)定型態(tài)硅更有利于舒緩體積效應(yīng)、制備出性能良好的硅負(fù)極，人們也基于此開(kāi)發(fā)了以多孔碳與硅烷為原料、通過(guò)CVD法制備硅基負(fù)極的工程化技術(shù)，但由于大孔容多孔碳價(jià)格高以及硅烷使用中的安全與環(huán)保等問(wèn)題，導(dǎo)致該法的制造成本居高不下。

為了降低硅基負(fù)極制造成本，選用來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉的晶態(tài)硅原料具有重要的研究?jī)r(jià)值，但晶態(tài)硅在充放電循環(huán)中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題是關(guān)鍵難點(diǎn)。周向陽(yáng)教授、楊娟教授團(tuán)隊(duì)利用經(jīng)典的熱處理工藝、基于晶硅產(chǎn)業(yè)廢料首次打造了一種具有缺陷（堆積層錯(cuò)、納米孿晶和莫爾晶）持續(xù)釘扎強(qiáng)化納米晶粒的高機(jī)械性能純硅負(fù)極，硅負(fù)載量高達(dá)80wt%負(fù)極、以0.8A/g的電流循環(huán)300圈、依然保留有1983.9 mAh/g的可逆容量，為低成本高硅負(fù)極的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新思路和新方法。

缺陷持續(xù)釘扎強(qiáng)化納米晶硅的物理特性和儲(chǔ)鋰表現(xiàn)

一系列掃描電鏡電極結(jié)構(gòu)成分分析、球差透射電鏡晶體結(jié)構(gòu)表征和大規(guī)模LAMMPS分子動(dòng)力學(xué)模擬成功展示了缺陷的生成、演化和循環(huán)中的持續(xù)釘扎強(qiáng)化對(duì)晶態(tài)硅力學(xué)結(jié)構(gòu)的作用，充分地從機(jī)理上肯定了強(qiáng)化晶態(tài)硅的優(yōu)勢(shì)。

目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)以廉價(jià)晶硅原料制備出了公斤級(jí)高性能缺陷強(qiáng)化硅基負(fù)極，受益于來(lái)源廣泛與價(jià)格低廉的晶硅原料，以及高效簡(jiǎn)便且易于放大的制備過(guò)程，該技術(shù)顯示出了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

中南大學(xué)博士生胡挺杰為論文第一作者，中南大學(xué)、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院、湖南宸宇富基新能源科技有限公司為上述成果的共同完成單位，中南大學(xué)為第一署名單位和唯一通訊單位。