2026年3月6日，深圳技术大学的杨帆，付东菊，于潇等在《Chemical Engineering Journal》期刊发表题为”Interface engineering of Si/graphene composites via compression-assisted fast joule heating for enhanced Lithium-ion battery anodes”的研究论文。该研究提出了一种压缩辅助快速焦耳热法，通过调控粉末床压缩比例（0%、5%、10%）来优化硅/石墨烯界面处的碳化硅（SiC）锚定点形成。5%压缩比例的样品表现出最优的电化学性能：初始库伦效率85.75%，1C倍率下初始容量1055.94 mAh/g，循环500次后容量保持率达75.9%。SiC锚定点有效抑制了硅/石墨烯相分离，显著提升了硅基负极的循环稳定性。
研究背景
1. 硅负极的容量与稳定性矛盾
硅具有高达3580 mAh/g的理论比容量，是下一代锂离子电池负极的理想材料。但其在充放电过程中体积膨胀超过300%，导致SEI膜破裂和导电网络断裂，循环稳定性差。
2. 传统硅/碳复合材料的界面问题
石墨烯包覆是改善硅负极导电性和结构稳定性的有效策略，但传统方法制备的硅/石墨烯复合材料存在界面结合弱的问题，循环过程中易发生相分离，导致容量快速衰减。
3. 碳化硅界面的调控难题
碳化硅（SiC）可作为硅/碳界面的锚定点，但传统高温合成需要长时间处理，会过度消耗硅和碳材料。如何在保持材料活性的同时，精确控制SiC的形成是关键挑战。
研究方法
1. 压缩辅助快速焦耳热合成
将硅纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合，经超声分散、球磨和冷冻干燥得到Si@GO前驱体。通过调节石墨棒位置对粉末床进行0%、5%、10%的体积压缩，在氩气氛围下施加~50 V、~20 A脉冲电流进行120秒快速焦耳热处理，升温速率约1000 K/s，目标温度1000°C。
图1：复合材料的合成与物相表征
2. 多尺度结构表征
采用X射线衍射（XRD）分析晶体结构，X射线光电子能谱（XPS）表征表面化学状态，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察微观形貌，选区电子衍射（SAED）确认SiC晶体结构。
3. 电化学性能测试
组装CR2032型半电池，以锂金属为对电极，在0.01-1.5 V电压范围内进行恒流充放电测试。通过循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、恒电流间歇滴定技术（GITT）和弛豫时间分布（DRT）分析电极反应动力学。
展望
1. 界面工程策略的普适性拓展
该压缩辅助快速焦耳热法可推广至其他高容量电极材料的界面优化，为设计高性能储能材料提供新思路。
2. 工艺参数进一步优化
未来可探索更精细的压缩梯度（如2%、3%、7%等），以找到SiC锚定密度与导电网络完整性的最佳平衡点。
3. 规模化生产潜力
快速焦耳热法具有升温速率快、处理时间短的优势，有望实现硅基负极材料的规模化制备，推动其实际应用。
4. 失效机制的深入研究
结合原位表征技术，进一步揭示SiC锚定点在循环过程中的动态演变规律，为材料设计提供更深入的理论指导。
文章链接：10.1016/j.cej.2026.174947
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