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提高負極性能無疑是開發先進鋰離子電池（LIBs）的一種簡單有效的方法，硅負極在循環過程中的巨大體積膨脹限制了其進一步應用。

研究證實晶體硅中的鋰化動力學是各向異性的，鋰化/脫鋰的速度很大程度上取決于鋰的侵入方向。那么，能否通過協同調整晶體取向和結構幾何形狀來獲得穩定的Si負極呢？

在此，廈門大學朱梓忠教授、張橋保副教授以及陳松巖教授等人通過簡單且低成本的電化學微加工方法設計并合成了具有 (110) 晶面的硅納米帶 (SiNR) 作為鋰離子電池的負極，鋰離子的侵入方向和鋰化硅的膨脹方向都限于<110>晶向。此外，作者通過實驗和理論驗證了脫鋰后硅原子鏈保留引起的SiNR再結晶。

圖1. SiNR在電化學蝕刻過程中的演變

這種無需表面涂層處理的SiNR表現出高離子電導率、高穩定的固體電解質界面（SEI）和長循環穩定性，在2000次循環后保持1721.3 mAh g^-1的比容量（~80% 的容量保持率），初始庫侖效率（CE）為83%。

這項研究通過在實驗和理論上利用硅的各向異性嵌（脫）鋰機制，為高性能LIB的合理設計提供了見解，也為其他電池的材料設計開辟了新的維度。

圖2. 含SiNR負極的鋰電池的電化學性能

Confining invasion directions of Li⁺ to achieve efficient Si anode material for lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.036

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廈門大學EnSM: 限制Li+的侵入方向，讓鋰離子電池硅負極材料更高效

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