近日，西南交通大学前沿科学研究院董盼盼副研究员与美国华盛顿州立大学Min-Kyu Song教授等在基于微米硅碳负极的全固态锂电池方面取得了新进展。相关结果以“Poly(ethylene) oxide Electrolytes for All-Solid-State Lithium Batteries Using Microsized Silicon/Carbon Anodes with Enhanced Rate Capability and Cyclability”为题发表在美国化学会知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF = 8.3）上。

硅基材料因其丰富的自然资源、超高的理论比容量与较低的氧化还原电位，被认为是最具应用前景的下一代锂离子电池负极材料之一。然而，硅在与锂的合金化反应过程中产生巨大的体积膨胀（~300%）造成电极结构失稳，与电解液间的界面稳定性较差，极大地阻碍了其在锂电池中的实际应用。近年来，高性能硅基固态锂电池有关的工作得到了国内外研究人员的广泛关注，特别是硅基负极与固态电解质间的界面性质研究，极大影响了固态锂电池的电化学性能

本工作研究了三种不同结构的微米级多孔硅/碳复合电极，即原始硅碳电极、液态电解质预锂化的复合电极以及聚合物电解质渗透的复合电极，并将以上电极与聚环氧乙烷基固态电解质配对构筑全固态锂电池。研究结果表明：在60℃测试时，聚环氧乙烷电解质膜的机械强度是决定全固态电池电化学性能的主要因素。预锂化的硅碳负极内部具有连续锂离子传输通道，因此，预锂化硅碳复合电极比原始硅碳电极展示出较高的活性物质利用率与较低极化电位。此外，研究发现聚合物电解质预渗透得到的硅碳负极与电解质具有良好的界面接触，可显著提高复合电极界面处锂离子传输效率。基于预渗透复合硅碳负极的全固态锂电池在800 mA g−1高电流密度下可循环100次，平均库仑效率高于98.9%。本工作为硅基全固态锂电池内部电极结构的设计提供了新思路。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c07879