成果简介
用硅（Si）代替金属锂作为阳极，由于其容量高，在聚合物全固态电池（ASSB）中大有可为，可减少锂枝晶的形成。然而，硅负极存在导电性差、循环过程中体积膨胀大以及与固态电解质界面稳定性差等问题，导致容量严重下降，不适合直接应用。本文， 哈尔滨工业大学(深圳) 于杰教授团队在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Vertical Graphene Sheet-Encapsulated Silicon Nanoparticles for Anodes of Polymer-Based All-Solid-State Batteries”的论文，研究报告了通过热化学气相沉积法在硅纳米颗粒（Si@VG）上生长出垂直石墨烯片，用于聚合物基ASSB的操作。
柔性垂直石墨烯片不仅能形成三维导电网络，增强整个电极的电连接性，还能更好地与固体聚合物电解质接触，降低界面阻抗。作为 ASSB 的阳极，Si@VG 的可逆容量在 0.5Ag-1 的条件下循环 200 次后仍能保持在 444.9 mAh g-1 的水平，与 Si 相比有显著提高。此外，从电化学阻抗光谱中可以观察到，阳极与固体聚合物电解质之间的界面阻抗显著降低。这项研究可为其他旨在解决 ASSB 中界面难题的研究工作提供有价值的见解。
图文导读
图1.（a） Si@VG增长示意图。（b） 硅的锂化/脱锂工艺。（c） Si@VG的锂化/脱锂工艺。
图2.Si（a）和Si@VG（b，c）、固体聚合物电解质（d）和（e，f）Si@VG的TEM照片。（g） Si@VG的STEM图像以及Si、C和O的相应元素映射
图3.Si@VG的表征
图5.（a） Si@VG和Si的EIS阻抗谱。（b） Si@VG和Si的倍率性能。（c，d） Si@VG和Si的GITT测试。
图6.Si@VG和 Si在200 次循环后和50次循环后的SEM 图像。
图7：（a）Si@VG 在 1 A g-1 条件下的循环性能。b）Si@VG 在不同负载条件下的循环性能。不同负载下 Si@VG 初始循环的电位容量曲线，(c) 0.5 mg cm-2，(d) 0.8 mg cm-2 和 (e) 1.0 mg cm-2。
小结
综上所述，我们利用热 CVD 技术在硅纳米颗粒上生长垂直石墨烯片，制造出了一种适用于固体聚合物电解质的硅基负极，从而提高了电化学性能。EIS 和 GITT 结果表明，垂直石墨烯片显著提高了复合材料的电子传导性和锂离子扩散系数，从而使 Si@VG 的速率性能更加优异。此外，柔性垂直石墨烯片降低了负极材料与固体聚合物电解质之间的阻抗，增强了界面接触和结构稳定性。实验证明，纯硅阳极在循环过程中容量衰减很快，50个循环后容量急剧下降。垂直石墨烯片生长后，Si@VG在200次稳定循环后仍能保持444.9mAh g-1 的容量，即使在1Ag-1 的高电流密度下也能继续可靠地工作。此外，通过 CVD 实现垂直石墨烯片的可扩展生长为解决其他各种问题中的界面接触问题提供了启示。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.3c02806
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
