鋰離子電池中電極的機械性能對其電化學(xué)性能有巨大影，尤其是對于硅基電極。在循環(huán)過(guò)

程中，硅基電極會(huì )被粉碎并形成不穩定的固體電解質(zhì)界面。

復旦大學(xué)夏永姚教授、王永剛教授發(fā)表了一種在鎳內核載體（Si@NixSi/Ni）上生長(cháng)的薄硅包覆硅化鎳納米粒子作為鋰離子電池的負極材料。超薄納米硅層有助于實(shí)現合理的高能量密度，并因其高比容量和較短的鋰離子擴散長(cháng)度而能夠實(shí)現快速的鋰離子擴散。

首先使用高能球磨研磨Ni和納米硅顆粒1小時(shí)，產(chǎn)生Ni– Si核殼結構。然后，預活化的核-殼納米結構在惰性Ar氣氛中在 800 C下退火4小時(shí)，使硅化鎳在Si-Ni界面之間生長(cháng)。在硅化物形成過(guò)程中，鎳原子通過(guò)鎳/硅化物界面向外擴散，而硅原子通過(guò)硅化物/硅界面向內擴散。

Si@NixSi/Ni 核的組成和形態(tài)-殼結構受退火溫度和前體樣品摩爾比的顯著(zhù)影響。樣品的容量保持率隨著(zhù) Si 摩爾比的增加而急劇下降。 Ni/Si 摩爾比為 1:0.5 的電極表現出性能，具有合理更高的比容量和的穩定性。與原始 Si 電極相比，Si@NixSi/Ni 核殼電極表現出更好的循環(huán)性能。

夏永姚教授、王永剛教授使用簡(jiǎn)單的兩步合成方法證明了Si@NixSi/Ni核殼電極作為鋰離子電池負極材料。在研究中發(fā)現， 呈現輻射分布的NixSi層，通過(guò)溫度引起的Si外擴散和Ni內擴散在Si核和 Ni殼界面之間產(chǎn)生，以小的體積膨脹實(shí)現相當高的比容量。

Si@NixSi/Ni核殼電極在500 mA/g 的電流密度下表現出706.1 mAh/g的電荷比容量。是傳統的石墨陽(yáng)極的兩倍。該結構還顯示出 81.5% 的高循環(huán)庫侖效率。有趣的是，Si@NixSi/Ni 核殼電極在 500 mA/g的電流密度下循環(huán)壽命超過(guò)5000 次，容量保持率為74%

Si@NixSi/Ni核殼電極提供了相當高的比容量和超長(cháng)的循環(huán)壽命，其原因主要有以下三點(diǎn)：

① 由于其高比容量和縮短的鋰離子擴散長(cháng)度，超薄納米硅層提高了材料的能量密度并允許快速的鋰離子擴散

② 梯度分布的 NixSi 層使我們能夠以少的電極材料粉化獲得相當高的比容量

③ Ni內核提供機械支撐以在延長(cháng)的鋰化/脫鋰過(guò)程中保持納米顆粒的結構完整性

此文章原文為，Ultrathin Silicon Nanolayer Implanted NixSi/Ni Nanoparticles as Superlong-Cycle Lithium-Ion Anode Material，The ORCID identification number(s) for the author(s) of this article can be found under https:     //doi.org/10.1002/sstr.202000126.