通过磁控溅射逐层组装的石墨/硅/石墨阳极，用于高能量密度锂离子电池

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Layer-by-Layer Assembled Graphite/Silicon/Graphite Anode via Magnetron Sputtering for High-Energy-Density Lithium-Ion Batteries

硅基锂离子电池负极材料通过石墨包覆实现结构优化，采用磁控溅射制备石墨/硅/石墨（SG/Si/SG）及多层复合（SG/(Si/SG)?）异质结构，抑制体积膨胀并增强导电性，前者初始容量589.4 mAh/g，循环300次后容量保持率102.3%；后者高负载下初始比容量463.9 mAh/g，循环100次后保持率67.8%。

　　

硅是下一代高能量密度锂离子电池（LIBs）最有前景的负极材料之一，但其导电性较低，并且在锂化/脱锂过程中体积变化较大。在这项研究中，通过磁控溅射结合涂层工艺，在铜集流体上制备了具有独特多层结构的石墨/硅/石墨混合负极，分别命名为SG/Si/SG和SG/(Si/SG)₅。这种结构利用石墨层来缓解硅的体积变化，防止硅与集流体和电解质直接接触，从而避免活性材料从集流体上脱落，并抑制副反应的发生。制备出的SG/Si/SG负极初始锂化容量为589.4 mAh g^–1，初始库仑效率（ICE）为86.5%。经过300次1C循环后，其比容量仍保持在381.8 mAh g^–1，容量保持率高达102.3%。此外，在约7.4 mg cm^–2的高负载下，SG/(Si/SG)₅负极的初始面积容量为3.433 mAh cm^–2（比容量为463.9 mAh g^–1），库仑效率为89.9%；经过100次0.1C循环后，其面积容量仍为2.024 mAh cm^–2（比容量为290.2 mAh g^–1），容量保持率为67.8%。这种多层碳-硅负极（SG/(Si/SG)_n结构）在实际应用中应能显著提升高能量密度锂离子电池的性能。