侯晓东AEM：洞悉热处理和碳涂层对SiO负极电化学性能的影响

SiO作为负极材料由于其高容量和长循环寿命而引起了极大的兴趣。许多有前景的方法，包括高温下的结构设计和碳涂层，有效地改善了其固有的低电导率和较差的库仑效率。然而，SiO负极的“热处理工艺-成分和微观结构-电化学性能”关系尚不完全清楚。

北达科他大学侯晓东等系统地研究了在一系列热处理和碳涂层处理下无定形SiO的组成和结构演变，以及由此产生的电化学性能，包括初始锂化曲线、首效和循环寿命。

图1 材料表征

作者首先通过使用一系列微观分析技术，如SEM、Raman和XRD，研究了热处理和碳涂层工艺对SiO的形貌、微观结构和化学成分的影响，其重点是分析加工中Si和SiO₂相的动态演化。然后通过X射线吸收近边缘结构光谱（XANES）技术辅以电池循环寿命和电化学阻抗谱（EIS）测试进一步分析和比较了循环前后的三种负极材料，即原始SiO（P-SiO）、不同热处理的SiO（D-SiO）和碳包覆D-SiO（D-SiO@G）。

图2 不同SiO的首次和第二次充放电曲线

该研究揭示了SiO在热处理过程中的结构转变，从无定形到不成比例的分层结构，其中形成的电介质外部SiO₂壳和内部SiO₂基质严重阻碍了锂化过程，使电极极化，随后造成严重的过电位，并导致容量损失和循环寿命恶化。而SiO上的碳涂层有效地限制了SiO₂壳的生长并促进电荷转移，从而提高了电化学性能。

结果，实现了更高的首效(79.3%)和改善的可循环性（200次循环后为84.2%）。这项研究的结果解决了关于SiO的一些长期存在的问题，同时为SiO基负极材料的未来设计和应用提供了重要的见解。

图3 循环性能和EIS阻抗

Insights into the Effect of Heat Treatment and Carbon Coating on the Electrochemical Behaviors of SiO Anodes for Li-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI：10.1002/aenm.202200127