深圳先進院等研發出具有柔性界面的高穩定雙離子電池

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團隊聯合香港理工大學教授鄭子劍等人提出一種柔性界面設計策略，對高容量硅負極進行界面應力調控，并將其成功應用于新型硅-石墨雙離子電池，相關研究成果"Flexible Interface Design for Stress Regulation of a Silicon Anode toward Highly Stable Dual-Ion Batteries"已在線發表于國際材料期刊《先進材料》上（Adv. Mater. 2020, 1908470）。

　　硅負極具有高理論容量（4200 mAh g-1），儲量豐富，是提高雙離子電池能量密度的理想負極材料。然而，硅負極嚴重的體積膨脹（>300%）問題制約了其在雙離子電池中的應用。雖然研究人員提出了納米化、多孔結構、復合結構等多種改性方案，但多數采用金屬材料作為集流體，硅負極與集流體之間的剛性界面接觸造成界面應力集中，從而導致界面開裂甚至活性材料剝落，使得循環性能難以滿足實際應用要求。

　　基于此，唐永炳及其團隊成員蔣春磊、項磊、繆仕杰等人提出一種柔性界面設計策略，對界面應力進行有效調控。通過將硅負極構筑于柔性聚合物織物表面，并在二者之間設計具有良好導電性的界面緩沖層，從而顯著緩解界面應力集中，材料經過50000次彎折后仍保持良好的結構完整性。團隊將其與膨脹石墨正極材料進行匹配，成功構筑出新型硅-石墨雙離子電池（SGDIB）；研究表明：該雙離子電池具有高達150 C（充電＜30秒）的超高倍率和長循環壽命，在10 C倍率下循環2000次后的容量保持率高達97%。此外，這種柔性硅-石墨電池展現出優異的柔性和抗彎折能力，1500次彎折后容量保持率為~84%，在10000次彎折過程中的單次壓降僅為0.0015%，在高性能柔性儲能領域展現出良好的應用前景。該研究同時為改善高容量合金化負極的循環穩定性提供了一種有效的解決策略。

　　該研究得到國家自然科學基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等資助。

（a）常規剛性界面硅負極的結構破壞示意圖；（b）柔性界面硅負極設計及制備流程及其（c）合金化/去合金化過程中的彈性界面的穩定機理示意圖。