锂离子电池(LIB)因其寿命长、储存性能好、能量密度高、工作电压高等优点，已成为便携式电子产品、电动汽车和替代能源经济的基石。改善电极材料是提高锂离子电池电化学性能最关键也是最可行的方法。目前，电极材料的研究已经超越了传统的碳基石墨阴极，向过渡金属氧化物、锡和硅基材料等替代材料发展。
(来源:JAIST)
地壳中硅的丰度仅次于氧。由于其电子特性，特别是高容量，这种有前途的负极材料引起了广泛的关注。然而，这种材料在运行过程中体积变化很大，影响其稳定性、结构完整性和电性能，导致在充放电过程中出现颗粒破碎或集流体剥离等问题。这些问题阻碍了硅基材料进入商用锂离子电池行业。
据国外媒体报道，为了解决这些问题，日本高级科学技术研究所的研究员Ravi Nandan、博士生Noriyuki Takamori、技术专家Koichi Higashimine、Rajashekar Badam和高级讲师Noriyoshi Matsumi教授从闪锌矿中寻找灵感。该团队提出了一种复杂、无需仪器的新策略，在相对较低的温度下制造独特的闪锌矿碳化硅纳米粒子。
闪锌矿体系中的三维金属间化合物结构很容易在其间隙位置容纳锂离子。当锂离子在主体材料之间穿梭时，这种结构的体积变化很小，从而实现更好的寿命和可逆性。闪锌矿型材料的硅基对应物是β-碳化硅(SiC)。在过去，一些研究报道了合成β-SiC复合材料作为阳极材料的技术，但它们大多涉及复杂的步骤和仪器。
该团队设计了两步合成工艺来制备锂离子电池的β-SiC基阳极材料。第一步是在多巴胺基质中形成硅纳米颗粒；第二步是将其转化为一种特殊的β-SiC纳米粒子，在掺氮的碳基质中。有趣的是，与传统方法相比，这种转换过程需要的温度更低，可以低至600摄氏度。
然后，将获得的材料用于负半电池配置，并进行电化学筛选。结果表明，该电池具有较高的电流密度、额定容量和良好的可逆锂离子储存相容性。此外，它还表现出较高的容量保持率，经过300次充放电循环后仍能保持约94%的容量，放电容量保持在1195 mAhg-1。
这种合成材料可以成功地用作负极。当与商业LiCoO2正极结合时，以这种方式形成的整个电池显示了β-SiC在商业LiB系统中的巨大应用潜力。本研究中提出的简单制备技术为β-SiC和LiB的许多研究打开了大门。松美教授总结道:“由于运输中使用化石燃料，全球碳排放量与日俱增。这种β-SiC负极材料的制造方法成本低，可用于开发高能量密度电池，促进更清洁、更绿色的电动汽车产业的发展。事实上，它的应用有望扩展到其他交通工具，如火车、飞机和轮船。”锂离子电池(LIB)因其寿命长、储存性能好、能量密度高、工作电压高等优点，已成为便携式电子产品、电动汽车和替代能源经济的基石。改善电极材料是提高锂离子电池电化学性能最关键也是最可行的方法。目前，电极材料的研究已经超越了传统的碳基石墨阴极，向过渡金属氧化物、锡和硅基材料等替代材料发展。
(来源:JAIST)
地壳中硅的丰度仅次于氧。由于其电子特性，特别是高容量，这种有前途的负极材料引起了广泛的关注。然而，这种材料在运行过程中体积变化很大，影响其稳定性、结构完整性和电性能，导致在充放电过程中出现颗粒破碎或集流体剥离等问题。这些问题阻碍了硅基材料进入商用锂离子电池行业。
据国外媒体报道，为了解决这些问题，日本高级科学技术研究所的研究员Ravi Nandan、博士生Noriyuki Takamori、技术专家Koichi Higashimine、Rajashekar Badam和高级讲师Noriyoshi Matsumi教授从闪锌矿中寻找灵感。该团队提出了一种复杂、无需仪器的新策略，在相对较低的温度下制造独特的闪锌矿碳化硅纳米粒子。
闪锌矿体系中的三维金属间化合物结构很容易在其间隙位置容纳锂离子。当锂离子在主体材料之间穿梭时，这种结构的体积变化很小，从而实现更好的寿命和可逆性。闪锌矿型材料的硅基对应物是β-碳化硅(SiC)。在过去，一些研究报道了合成β-SiC复合材料作为阳极材料的技术，但它们大多涉及复杂的步骤和仪器。
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然后，将获得的材料用于负半电池配置，并进行电化学筛选。结果表明，该电池具有较高的电流密度、额定容量和良好的可逆锂离子储存相容性。此外，它还表现出较高的容量保持率，经过300次充放电循环后仍能保持约94%的容量，放电容量保持在1195 mAhg-1。
这种合成材料可以成功地用作负极。当与商业LiCoO2正极结合时，以这种方式形成的整个电池显示了β-SiC在商业LiB系统中的巨大应用潜力。本研究中提出的简单制备技术为β-SiC和LiB的许多研究打开了大门。松美教授总结道:“由于运输中使用化石燃料，全球碳排放量与日俱增。这种β-SiC负极材料的制造方法成本低，可用于开发高能量密度电池，促进更清洁、更绿色的电动汽车产业的发展。事实上，它的应用有望扩展到其他交通工具，如火车、飞机和轮船。”
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