北京
硅负极具有3579mAh g-1的高理论比容量，但在锂化/去锂化过程中巨大的体积变化（约300%）会导致材料结构破坏，表现出低功率密度和较差的循环稳定性。同时，硅电极表面上的SEI脆弱且不稳定，无法承受巨大体积变化，在循环过程中会不断破坏和重构。纳米化的硅虽然提高了离子传输性能，但较大比表面积和加剧的副反应会消耗电解液，导致容量快速衰减。高温下这些不良反应会加速，尤其在大电流密度下容易发生析锂，可能导致热失控，带来严重的安全风险。
通过电解液调控和电极设计可实现特定组分/结构的稳定SEI，但如何在电极与电解液间构筑高效界面保护层仍是一个难题。
电极和电解液之间的相互作用引起了越来越多的关注。电解液添加剂可以提高电极的界面稳定性，其氧化还原路径具有多样性，同时电极材料表面的差异性导致反应活性与路径不同。过渡金属的特殊d轨道可催化电解液分解，通过调控官能团或引入杂原子可有效提升电化学活性。通过电极结构与电解液的协同设计，可使目标溶剂分子特异性吸附于电极表面的内亥姆霍兹面，进而优先分解形成特定组分的SEI。因此，亟需通过控制电极与电解质界面之间的相互作用，从而构建稳定的SEI。
近期，上海大学施利毅教授团队及复旦大学夏永姚教授团队通过协同刻蚀和水解过程，在多孔硅表面原位构筑了一层纳米级超薄且均匀的氧化铝-氧化钛（ATO）催化界面。该富含缺陷的氧化物界面促进了氟乙烯碳酸酯（FEC）的选择性吸附，并催化其转化为LiF。由此产生的富含无机物的SEI层具有电化学稳定性，有利于离子传输，尤其是在高倍率循环和高温条件下。这种具有大比表面积的多孔硅（114 m2g-1）被坚固的SEI层所保护，其初始库仑效率高达84.7%，即使在25 A g-1的高倍率下仍能保持692 mAh g-1的可逆容量，并且在5 A g-1下1000次循环中平均库仑效率高达99.7%，同时在50℃，2 A g-1下循环500次后的容量保持率达80.0%，显著优于同类型的硅负极材料。通过这种催化层构建的稳定SEI，为快充电池及高温下硅基负极的发展提供了一种借鉴思路。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于2025年6月24-25日在安徽·合肥举办第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛暨2025CVD硅碳负极材料前沿技术论坛。旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，上海大学施利毅教授将作题为《硅基负极材料结构设计及其性能研究进展》的报告。报告将介绍施利毅教授课题组近期工作：
1、通过协同刻蚀和水解过程，在多孔硅表面原位构筑纳米级均匀氧化铝-氧化钛催化界面，促进了氟乙烯碳酸酯选择性吸附，并催化其转化为LiF。富含无机物SEI层具有电化学稳定性，有利于离子传输，常温及高温条件下显著优于同类型硅负极材料。
2、通过多元杂化体系设计，提升离子与电子协同导电能力，有效抑制了充放电过程中硅体积膨胀，促进了硅基负极表面稳定固态电解质界面层形成，有利于延长电池循环寿命。
专家简介：
施利毅，上海大学教授（二级），博士生导师，教育部材料复合及先进分散技术工程中心主任。主要研究方向为纳米材料可控制备及应用技术开发，多项成果在锂电材料、先进制程集成电路、特高压安全保护等领域转化应用。荣获国家教育部、上海市、河南省等省部级科技奖励一等奖、二等奖10余项。授权中国发明专利近300项、国际发明专利40项；发表学术论文600余篇，H指数103，2020-2024年入选全球高被引学者，并入选全球前0.05%顶尖学者名单。
信息来源：
上大吕盈盈
复旦夏永姚等：在多孔硅上催化诱导高稳定性界面助力高倍率锂离子电池
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