納米硅因其優(yōu)異的理論容量和合理的循環(huán)穩(wěn)定性而作為新一代鋰離子電池（LIBs）負極材料引起了廣泛關注。然而，嚴重的副反應經常發(fā)生在 LIB 中的納米級硅/電解質界面處，其中關鍵的電化學特性如初始庫侖效率 (ICE) 受到損害。基于這一特點，開發(fā)了一種新的方法，以一種簡便、可擴展的方式合成納米硅基顆粒，該顆粒具有預鋰化和空氣中儲存穩(wěn)定性的功能。由于反復鋰化/脫鋰循環(huán)。在液流電池中循環(huán)后，粒徑成功地從 1-4μm減小到約 30 nm。納米硅的體功能化是通過不平衡的鋰化/脫鋰循環(huán)過程引入的，這賦予了 ANSBM 獨特的預鋰化能力，該能力普遍適用于不同的陽極系統(tǒng)，如納米級 Si、SiO
x 和石墨，顯著改進的ICE 證明了這一點。ANSBM 表現(xiàn)出卓越的空氣穩(wěn)定性（10% 相對濕度），這是由于由導電碳封裝的穩(wěn)定界面層進行的表面功能化。這項工作的結果為合成具有良好電化學性能的雙功能化納米硅提供了一種有前景的方法，當它與其他典型的負極材料復合時，其容量和初始庫侖效率都得到了提高。
圖 1. 本實驗中應用的 SSFB 的結構示意圖 (a) 和相應的實際設置 (b) 以及電極反應器的各個組件的示意圖 (c)。
圖 2. ANSBM 合成的整個過程示意圖及其在不同陽極系統(tǒng)（納米硅、石墨和 SiOx）中的展示應用。
圖 3. (a) 在 SSFB 中循環(huán)的 μm Si/KB 樣品的前 3 條 CV 曲線和 (b) 前 10 條恒電流放電/充電曲線。 (b) 中的插圖顯示了 μm Si/KB 樣品的第 9 次和第 10 次循環(huán)的曲線。
圖 4 μm Si
∧KB 和 SSFB 反應器在 1 次循環(huán)、5 次循環(huán)、9 次循環(huán)和 10 次循環(huán)后的 X 射線衍射。
圖 5. ANSBM 樣本中選定區(qū)域的 μm Si( a-c)、 μm Si
∧KB (d-f) 和 ANSBM (g-i) 的 SEM 圖像和 EDS 結果 (j, k)。
圖 6. (a-c) 不同地區(qū) ANSBM 的 STEM 圖像。（d-f）任何區(qū)域的ANSBM的STEM圖像和紅框中的相應局部放大率。(d) 中的插圖是(d)的SAED。 任何區(qū)域的團聚體的局部放大 STEM 圖像（g 和 h）和（i）相應的 HRTEM 圖像。 兩個晶面間距（1.14 和 1.22 Å）對應于 LiF 結構的（220）和（311）面。
圖 7 微米Si
∧KB (a, b)、nm Si/KB (c, d)和ANSBM (e, f)的N
2吸附和解吸等溫線及相應的BJH孔徑分布曲線。
圖 8. ANSBM 10 秒濺射之前 (a) 和之后 (d) 的 XPS 光譜。ANSBM 在 (b, c) 和 (e, f) 10s 濺射之前和之后的 Li 1s 和 Si 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
圖 9. μm Si 顆粒表面和內部的機理示意圖。 放電時形成涂層和 Li
zSi 合金，進一步充電時形成 Li
ySi 合金 (z > y)。 ANSBM中的Li
xSi合金會在反復充放電后形成。
圖 10. ANSBM 在 0.005-3 V 的固定電壓窗口下進行第一次充電和下一次放電/充電循環(huán) (a)。在引入/不引入 ANSBM 的情況下，nm Si (b)、SiO
x(c) 和石墨 (d) 的第一次放電/充電曲線。
圖 11. 與 ANSBM 復合的 SiO
x電極在空氣中儲存 0、3、7 和 30 天后的首次充電電壓曲線 (a)。 插圖顯示了第一次充電比容量相對于存儲時間的趨勢。 具有/不具有 ANSBM 成分（按質量計 10%）的 SiO
x的第一次放電/充電曲線在空氣中存儲 30 天（b）。
相關研究成果由中國科學院寧波材料技術與工程研究所Xiuxia Zuo和Yonggao Xia等人2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c03145)上。原文：In Situ Synthesis and Dual Functionalization of Nano Silicon Enabled by a Semisolid Lithium Rechargeable Flow Battery。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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