開發鋰電池電極材料是提高其電化學性能的最關鍵和最可行的技術路線，傳統負極的碳基石墨材料替代研究正在轉向比如過渡金屬氧化物和硅基材料等等，但這些材料多多少少都有一些問題需要克服，比如硅雖然有高容量，但由于充放電過程體積變化大，從而導致顆粒破損和結構破壞，影響穩定性。

日本Advanced Institute of Science and Technology（科學技術高等研究院）研究團隊從閃鋅礦獲得靈感，提出一種在較低溫度下制備β-SiC基負極材料的合理設計，研究成果發表于“Materials Chemistry A”期刊。

論文地址：doi.org/10.1039/d1ta08516f

β-SiC是一種變體閃鋅礦材料，也被稱為立方碳化硅，富含具有四面體對稱配置的間隙位點可容納鋰離子，同時它有著不同尋常的機械、熱和化學穩定性。但是β-SiC制備需要高能耗的碳熱合成過程（溫度達1700-2500℃），且表面鋰化能非常高，這阻礙了其在電池領域的應用普及。

研究人員制定了用于制備用于鋰離子電池的β-SiC基負極材料的兩步合成工藝。第一步需要在聚多巴胺基質中產生硅納米顆粒，第二步是將其轉化為N摻雜碳基質中獨特的變體β-SiC納米顆粒。值得注意的是，與傳統方法相比，這種轉變需要低得多的溫度（低至600℃）。研究團隊將獲得的材料用于陽極半電池配置并進行電化學篩選。結果顯示了額定容量、高電流密度和對可逆鋰離子存儲的良好兼容性。它還表現出高容量保持率，在300次充放電循環后保持94%左右，保持1195 mAhg^-1的放電容量。

當與作為陰極的商用LiCoO₂集成時，這種制造的材料可以有效地用作陽極，并且以這種方式生產的全電池支持β-SiC用于商業鋰電池的潛力。該研究中簡便的制備方法為許多受材料可用性限制的β-SiC和鋰電池相關研究鋪平了道路。

編譯 YUXI

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