【引言】
硅納米粒子（Si NPs）具有高于 4000 mAh g-1的格里w高高振最高理論容量、豐富的大學大趙導電度的蛋黃儲備和環保性質是最有前途的商業鋰離子電池（LIBs）負極材料。然而，中科LIB的惠軍Si負極電導率低和完全鋰化時體積膨脹大于 400％，導致其循環性能差。性和蛋黃-殼硅/碳（Si/C）復合結構能夠有效地適應Si NPs的實密體積變化、保持結構完整性和提高循環性能。格里w高高振在放電循環期間，大學大趙導電度的蛋黃Si NP“蛋黃”被封裝在空心碳球“殼”內，中科碳殼提供優異的惠軍導電性和足夠的空隙空間容納Si NP體積膨脹，進而改善循環壽命。性和然而，實密引入的格里w高高振空隙空間會降低體積能量密度，薄的大學大趙導電度的蛋黃C殼的剛性不夠限制殼內的Si-yolk體積膨脹，導致組裝電池的中科大體積膨脹和高的安全風險。因此，有效的蛋黃-殼設計應滿足以下關鍵標準：（i）Si-yolk和C-shell之間的良好導電接觸；（ii）提高能量密度，同時保持Si/C蛋黃-殼結構獨特的體積變化控制功能；（iii）堅硬的外殼，以在循環過程中保持整個電極的恒定體積。因此，本文開發新的蛋黃-殼結構Si/C負極（YS-Si/C）來克服這些缺點。
【成果簡介】
近日，澳大利的格里菲斯大學、中國科學技術大學的趙惠軍（通訊）作者等人，首次報道了一種由碳涂層剛性SiO2外殼制成的新型蛋黃殼結構高振實密度復合材料，以限制多個Si NP（蛋黃）和嵌入Fe2O NPs的CNT。獲得的高振實密度和優異的導電性可歸因于多個Si蛋黃，Fe2O3NP和CNT Li+儲存材料有效利用的內部空隙，以及內部Si蛋黃和外殼之間通過導電CNT“高速公路”的橋接空間。可在450個循環后，半電池實現3.6 mAh cm-2的高面積容量和95％的可逆容量保持率。在300次循環后，富含Li的Li2V2O5正極的全電池實現260 mAh g-1的高可逆容量。相關成果以“A unique yolk-shell structured silicon anode with superior conductivity and high tap density for full Li-ion batteries”為題發表在Angewandte Chemie-International Edition上。
【圖文導讀】
圖1 YS-Si/C的結構示意圖
（a）YS-Si/C納米珠的結構示意圖；
（b）YS-Si/C結構的示意圖。
圖2 C/SiO2-Si和YS-Si/C結構表征
（a）C/SiO2-Si的SEM圖像；
（b）C/SiO2-Si的TEM圖像；
（c，d）新YS-Si/C的SEM圖像；
（e，f）新YS-Si/C的TEM圖像；
（g-i）C、Si和Fe的Mapping圖。
圖3 新YS-Si/C的電池性能分析
（a）在0.2 mA g-1電流下，新YS-Si/C第一次和第二次循環的充電/放電曲線；
（b）在0.2 mA g-1電流下，新YS-Si/C的第一、二和十圈的CV曲線；（c）充電/放電過程中，Si和Fe2O3的相位變化；
（d）新和現有YS-Si/C的電化學阻抗圖；
（e）不同面積負載量下，新YS-Si/C的循環性能；
（g）不同面積負載量，現有YS-Si/C的循環性能。
圖4 新YS-Si/C//LFP和新YS-Si/C//THS-LVO全電池的性能
（a）新YS-Si/C//LFP的充放電曲線；
（b）新YS-Si/C//LFP的CV曲線；
（c）新YS-Si/C//THS-LVO的充電放電曲線；
（c）新YS-Si/C//THS-LVO的CV曲線；
（e）全電池的循環性能；
（f）全電池的倍率性能。
【小結】
本文設計了一種新型的蛋黃-殼結構Si/C負極，探討了其在全電池中的應用。在蛋黃-殼結構微球內，通過CVD方法控制嵌入柔性CNT的Fe2O3納米顆粒生長。作為導電“高速公路”，CNT網絡可以橋接內部Si-yolk和外殼之間的空隙，從而有效地提高電極的整體導電性。此外，填充的Fe2O3NPs和CNT可以為電極提供額外的容量，從而增加振實密度。與薄碳殼相比，新型剛性C/SiO2雙殼具有增強的機械強度，可以更好地限制Si-yolks的體積變化，保持電極的恒定體積，提高了電池的安全性。這種新型YS-Si/C負的半電池顯示出優異的倍率性能和高的面積容量。此外，當用作負極以在全電池中，配對商用LiFePO4或自制三重空心富鋰Li2V2O5正極時，它還表現出優異的性能。因此，可以采用本文的方法，提高具有低導電率和大體積膨脹的其他電極材料的性能。
文獻鏈接：A unique yolk-shell structured silicon anode with superior conductivity and high tap density for full Li-ion batteries（Angewandte Chemie-International Edition, 2019, DOI: 10.1002/anie.201903709）。
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