哈工大杜春雨AFM：具有稳定界面和高倍率性能的超薄硅纳米片@rGO负极

由于薄且横向尺寸大，二维硅材料作为锂离子电池（LIBs）的高性能负极具有非常广阔的前景。然而，超薄二维硅纳米片（Si-NSs）的简便合成及其有效应用仍是一个巨大挑战。

哈尔滨工业大学杜春雨等采用独特的蚀刻还原法获得了平均厚度<2 nm的超薄Si-NSs。

图1 材料表征

首先通过对Al₂O₉Si₃蒙脱土进行HCl蚀刻，然后进行镁热还原，可合成平均厚度小于2 nm的超薄Si-NSs。随后，将这些Si-NSs高度分散在石墨烯上，通过静电自组装过程可获得Si-NSs@rGO纳米复合材料。这是迄今为止报道的最薄厚度，它可提供短而直接的离子传输途径，从而显著促进锂化-脱锂过程的可逆性。

此外，超薄性质极大地抑制了由体积变化引起的应力/应变，从而可减轻充放电过程中的粉化。同时，石墨烯和Si-NSs的紧密组装有效地提高了电子导电性，防止了高表面能Si-NSs的聚集，从而可实现机械稳定的电极结构以承受深度锂化和脱锂。

图2 Si-NSs@rGO的电化学性能

因此，这种独特的Si-NSs@rGO纳米复合结构提供了优异的可逆容量（2395.8 mAh g^-1，0.05 A g^-1）和超高的倍率性能（1727.3 mAh g^-1，1000 mA g^-1）。更重要的是，Si-NSs@rGO材料还表现出超稳定的循环性能（循环1000 次后的可逆容量为1006.1 mAh g^-1）和电极/电解质界面（1000次循环的平均库仑效率为 99.85%）。

这项工作为制备超薄硅纳米片提供了一种有效的策略，并大大提高了硅基材料的倍率和循环性能，因此得到的Si-NSs@rGO复合材料是一种非常实用的锂离子电池负极材料，具有较高的能量密度和较长的使用寿命。

图3 Si-NSs@rGO的倍率性能及Li⁺嵌入/脱嵌动力学

Ultrathin Si Nanosheets Dispersed in Graphene Matrix Enable Stable Interface and High Rate Capability of Anode for Lithium-ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2021. DOI：10.1002/adfm.202110046

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哈工大杜春雨AFM：具有稳定界面和高倍率性能的超薄硅纳米片@rGO负极

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