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隨著電子器件、電動汽車和大規(guī)模電網(wǎng)的快速發(fā)展，鋰離子電池在過去的幾十年中已經(jīng)成為了商業(yè)化應(yīng)用中最重要的儲能器件之一。在商業(yè)化應(yīng)用中，提升鋰電的容量與循環(huán)壽命是相關(guān)研究的首要任務(wù)。在容量方面，Si基材料具有超高的理論容量（~4200 mA h g-1?幾乎是石墨電極容量的十倍以上），較低的放電范圍（小于0.5V vs. Li/Li+）以及較低的電極極化已經(jīng)成為了鋰電中最具潛力的負(fù)極材料。然而，Si在嵌鋰過程中的嚴(yán)重的體積膨脹限制了其廣泛使用，Li15Si4的體積膨脹甚至超過300%。這會導(dǎo)致不穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）的形成，進(jìn)而使容量快速地衰減。此外，Si本身較低的導(dǎo)電性影響著集流體與活性材料之間的電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)而影響電化學(xué)性能。

最近，北京化工大學(xué)陳曉紅教授與宋懷河教授團(tuán)隊在國際高水平學(xué)術(shù)期刊?ACS applied Materials and Interfaces上發(fā)表題目為：Three-Dimensional Hierarchical Porous Structures ?Constructed by Two-Stage MXene-Wrapped Si Nanoparticles for Li-Ion Batteries的研究論文，提出了一種有效的策略制備一種3D分級多孔結(jié)構(gòu)的MXene保護(hù)的Si基負(fù)極。帶正電的改進(jìn)Si與MXene納米片之間通過靜電力進(jìn)行自組裝，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。

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圖1.SiNP@MX1/MX2合成方法示意圖。

圖2.?SiNP@MX1/MX2的微觀形貌表征。

圖3.?SiNP@MX1/MX2的氮氣吸脫附曲線，孔徑分布與XRD圖譜。

圖4.?SiNP@MX1/MX2的XPS圖譜。

圖5.?SiNP@MX1/MX2的鋰電電化學(xué)性能測試與動力學(xué)分析。

圖6.?SiNP@MX1/MX2的電化學(xué)交流阻抗與脫鋰嵌鋰過程。

圖7.?SiNP@MX1/MX2，SiNP@MX1和SiNP@MX2樣品在循環(huán)200循環(huán)后的SEM圖像。

本文通過水熱以及靜電自組裝成功地制備了Si納米顆粒與MXene納米片的3D多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)。在0.5 A g-1的電流密度下循環(huán)200圈之后依舊具有1422 mA h g-1的可逆容量，杰出的倍率性能，較高的庫倫效率與長循環(huán)壽命。優(yōu)異的性能得益于來自MXene的保護(hù)與3D分級多孔結(jié)構(gòu)所具有的良好的電子導(dǎo)電性與快速的鋰離子傳輸。是一種非常有借鑒意義的制備策略。

文獻(xiàn)鏈接：

DOI: https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c15527

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