深圳新闻网2024年7月18日讯（记者 王茜）硅被认为是最有潜力的下一代锂离子电池负极材料，但受限于其特性，它的商业应用十分局限。近日，深圳技术大学新材料与新能源学院的杨帆助理教授团队首次提出了一种高效制备硅/石墨烯复合材料（F-Si@rGO）的新方法。
由于硅在充放电过程中的巨大体积变化，目前主流的解决方案是将硅与碳材料复合，以减缓体积膨胀并增强导电性。传统的硅碳负极材料通常存在硅与碳之间连接不牢固的问题，导致长期充放电过程中导电网络的退化，从而快速降低电池性能。
杨帆助理教授团队通过超快焦耳加热技术，课题组成功控制了碳相和硅相之间的热相互作用，进而形成能将硅纳米颗粒牢固锚定在石墨烯基体内的碳化硅“铆点”。这种新方法有效解决了传统热处理过程中由于两相亲疏水特性改变而导致的相分离问题，并确保了石墨烯和硅之间的牢固结合。利用该方法制备出的新型硅碳复合材料在长时间充放电循环过程中表现出优异的结构稳定性和电化学性能，在1C倍率下实现了1141.3mAh/g的高初始容量，并在经过1000次循环后仍保持了894.95mAh/g的容量，衰减率仅为每圈0.0216%。该方法具备高效、可控和可规模化放大生产的关键优势，为合成高性能石墨烯基储能材料开辟了新的途径，有望推动硅基负极材料在商业应用中的进展。
该成果近日在国际顶级期刊Chemical Engineering Journal（Q1, IF：15.1）上，以Rapid Joule heating-induced welding of silicon and graphene for enhanced lithium-ion battery anodes为题发表（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152828）。深圳技术大学为论文的第一完成单位，新材料与新能源学院杨帆助理教授为该论文共同第一作者和第一通讯作者，刘清侠院士、唐泽国教授为该论文共同通讯作者，硕士研究生邓鹏程为共同第一作者，Danish Khan助理教授、本科生洪若岚、曹原为共同作者。
（本文图片由学校提供）
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