硅負極雖然具有非常高的容量，但由于其在充放電時發生巨大的體積膨脹、以及不穩定的SEI等因素，實際應用受到極大限制。

一般，改善硅負極的策略有三種：

1.?結構設計：硅納米線、硅納米管、硅納米片、空心結構等；

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2.?結構改性：碳包覆、MO_x涂層；

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3.?組分調控：M?Si合金。

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然而，硅負極的失效，原因還不止于此。

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首先，硅和電解質LiPF₆會發生化學反應，生成Li₂SiF₆；其次，充當緩沖層的碳材料，會作為催化劑加快副反應。因此，當前急需一種新的硅負極保護方法。

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在本文中，受高溫氣冷核燃料堆(HTGCRs)設計的啟發，清華大學魏飛教授課題組在硅負極與碳包覆層中間加了一層SiC作為保護層，有效的防止了硅負極的副反應和快速失效。

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XRD中出現了Li₂SiF₆的衍射峰，表明硅負極和硅碳負極的確會與電解液發生化學反應，Si@C反應前的粒徑為90 nm，反應后的粒徑為2–3 μm。I_Si@C/I_Si的值約為18，表明在納米碳層的存在下，Li₂SiF₆形成的反應速率增加了18倍。

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Si@SiC@C的基本形貌為球形，粒徑約為100 nm，其中碳包覆的厚度為8–10nm，SiC中間層的厚度為7–8 nm。0.25和0.31 nm的晶格間距分別為SiC的(111)晶面、與Si的(111)晶面。

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加入SiC保護層后，XRD沒有出現Li₂SiF₆的特征峰，表明副反應被明顯抑制，這是因為SiC的加入會增加Li₂SiF₆形成的活化能，降低副反應速率。

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Si@SiC和Si@SiC@C材料的初始容量均低于Si@C負極，但Si@SiC@C材料具有非常好的穩定性，550圈循環后容量仍可保持在1050 mAh g^–1。此外，Si@SiC@C的初始庫倫效率為88.5%，高于大部分文獻中的值。在5 A g^–1的電流密度下，即便在800圈循環后，Si@SiC@C仍可維持1152 mAh g^–1的高容量。

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從HAADF圖上看，Si@SiC@C材料即便在100圈充放電后，仍可維持完整的球狀結構，而Si@SiC材料部分破損，Si@C材料完全被破壞。

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該工作以“Silicon Carbide as a Protective Layer to Stabilize Si-Based Anodesby Inhibiting Chemical Reactions” 為標題于2019年7月5日發表在國際頂刊Nano Lett.上。

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Silicon Carbide as a Protective Layer toStabilize Si-Based Anodes by Inhibiting Chemical Reactions. (Nano Lett.,2019，DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01492)

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01492