近日，材料科學與工程學院韓銳教授與四川大學劉慰研究員合作，在國際Top期刊Nano Energy（中科院一區，IF=17.6）上發表題為《Sealing porous carbon via surface-initiated polymerization achieves low-surface-area Si-C microparticles for Li-ion batteries》的研究論文。論文通訊作者為韓銳教授和四川大學劉慰研究員，西華大學碩士研究生楊冬生為論文第一作者，西華大學為第一完成單位。

 多孔硅碳復合體系是鋰離子電池（LIBs）負極材料發展的重要方向。然而，其高比表面積（SSA）大大降低了電池的初始庫侖效率（ICE），同時，其功能受到了壓延和高質量負載循環的嚴峻挑戰。

 此工作通過絮凝沉淀、熱壓實、噴霧干燥、表面引發聚合等過程，實現了導電交聯聚苯胺（c-PANi）在多孔硅碳顆粒上的均勻附著，制備的雙包覆層Si-C顆粒（Si@RFC-cPANi）具有低比表面積（5.7 m²/g）、豐富的閉孔結構（1.49 cm³/g）（圖1）。

材料設計思路和結果示意圖

 首先對c-PANi涂層前后的多孔硅碳顆粒的比表面積進行比較，結果顯示，c-PANi涂層后，多孔硅碳顆粒的比表面積顯著降低（由94.8 m²/g降低至5.7 m²/g），涂層厚度約為80 μm（圖2）。

涂層結構、比表面積等測試結果

 進一步考察Si@RFC-cPANi負極材料的實際效果。結果表明，基于正負極活性物質計算Si@RFC-cPANi/G || NCM622全電池的能量密度為445 Wh/Kg，相較于石墨 || NCM622全電池提高了~27%（圖3）。

電池效能測試結果

 這項研究為制造用于工業鋰離子電池的低比表面積多孔負極材料提供了新路徑。（文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109744）

課題組簡介：

西華大學高耐受聚合物基復合材料團隊依托XXX材料與表面技術教育重點實驗室、智能空地融合載具及管控教育部工程研究中心，面向輕量化、能量轉換與儲存、安全防護，系統開展高耐受、多功能的復合材料設計、制備、仿真及構效關系研究。團隊扎實開展各項工作，已累計發表研究論文120余篇，申請國內外發明專利40余項，獲批多項國家、省市和企業委托課題。目前，團隊有橫跨科研界和產業界的年輕博士11人，在讀研究生21人，培養畢業研究生23人。

團隊合影