近日,我校化学化工学院孙林博士指导的优培学院二年级本科生马可馨(G理化251班)以第一作者、盐城工学院为第一单位在材料学重要期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(JCR一区、中科院二区TOP)上发表了题为“Three-Dimensional Crosslinked CNT/SiOx-F Network Encapsulated by Pitch-Derived Carbon as a High-Stable Anode for Lithium-Ion Batteries”的研究论文。
针对硅氧负极导电性不足、充放电体积形变大、界面膜反复破损等现实难题,科研团队利用两种功能硅烷单体作为硅源与交联单元,搭建相互交织的三维碳纳米管导电骨架,再通过沥青高温碳化实现外层硬质碳包覆,制备得到 CNTs/SiOx‑F@C复合负极材料。多重表征证实该复合结构元素分布均匀,孔隙结构得到优化,既搭建高效电子离子传输通道,又为材料体积膨胀预留缓冲空间。电化学测试表明,该材料循环稳定性优异,1 A g-1电流密度下循环600次容量保持率可达86.5%,同时拥有良好的倍率性能;借助预锂化手段有效改善硅氧负极首效偏低问题,动力学分析显示材料兼具扩散与电容双重储锂机制,快充性能突出。将该负极与商用NCM811正极组装全电池后,电池运行稳定,面积容量优于传统商用石墨负极,充分展现出良好的实际应用潜力。
研究进一步揭示了材料性能提升的内在机理,外层碳包覆能够诱导形成柔韧稳定的固态电解质界面膜,减少界面副反应,三维碳骨架则有效抑制电极开裂粉化,从体相结构与电极界面两个维度缓解硅氧负极固有短板。该改性策略为硅氧负极的结构优化提供了新颖可行的技术思路,具备较好的应用前景。
论文第一作者马可馨同学自大一入学后即选择加入孙林老师课题组,在一年时间里,她充分利用课余时间,尤其放弃了暑假全部休息时间选择留校做实验,逐步成为课题组的骨干成员。该项成果不仅体现了优培学院在本科生科研能力培养方面的显著成效,也展示了我校在基础科学前沿领域的探索能力。
