界面工程驱动的光伏硅废料高值化回收：高性能锂电负极材料构建新策略

【编辑推荐】针对硅基负极材料体积膨胀和界面降解难题，研究人员创新性地通过界面工程将光伏硅废料(PV-WSi)升级再造为高性能负极。通过构建Si/TiO2强耦合界面和双碳网络(CNTs/PVP-C)，该材料在1 A·g?1下循环2500次仍保持≈1100 mAh·g?1容量，组装的软包全电池能量密度超320 Wh·kg?1，为光伏废料高值回收和先进负极开发提供可规模化解决方案。

　　

在提升锂离子电池(LIBs)能量密度的征程中，硅基负极材料虽潜力巨大，却长期受困于充放电过程中剧烈的体积膨胀和界面结构崩塌。这项研究独辟蹊径，将光伏产业废弃的硅材料(PV-WSi)变废为宝，通过巧妙的界面工程设计打造出高性能负极体系。

采用砂磨技术构建的硅/二氧化钛(Si/TiO₂)异质结构展现出强界面耦合效应，犹如给硅颗粒穿上"防弹衣"，有效分散机械应力并抑制循环过程中的颗粒粉化。更精妙的是，由碳纳米管(CNTs)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)衍生碳壳组成的双碳网络，既像"高速公路"般提升电子传输效率，又如同"防护罩"隔绝电解液对硅的侵蚀。

通过COMSOL多物理场模拟与实际测试的双重验证，这种Si/TiO₂/CNTs/C复合材料展现出惊人的稳定性：在1 A·g^?1大电流下历经2500次循环，比容量仍高达≈1100 mAh·g^?1；即使在13 A·g^?1的超高倍率下，容量依然保持在1000 mAh·g^?1以上。当与高镍正极(NCM811)组成软包全电池时，能量密度突破320 Wh·kg^?1，500次循环后容量保持率达77%，充分彰显其产业化应用前景。

这项研究不仅为光伏硅废料的增值回收开辟新路径，更为解决硅基负极产业化瓶颈提供了界面工程调控的普适性策略，在新能源与循环经济交叉领域树立了典范。