厦门大学EnSM: 限制Li+的侵入方向，让锂离子电池硅负极材料更高效

提高负极性能无疑是开发先进锂离子电池（LIBs）的一种简单有效的方法，硅负极在循环过程中的巨大体积膨胀限制了其进一步应用。

研究证实晶体硅中的锂化动力学是各向异性的，锂化/脱锂的速度很大程度上取决于锂的侵入方向。那么，能否通过协同调整晶体取向和结构几何形状来获得稳定的Si负极呢？

在此，厦门大学朱梓忠教授、张桥保副教授以及陈松岩教授等人通过简单且低成本的电化学微加工方法设计并合成了具有 (110) 晶面的硅纳米带 (SiNR) 作为锂离子电池的负极，锂离子的侵入方向和锂化硅的膨胀方向都限于<110>晶向。此外，作者通过实验和理论验证了脱锂后硅原子链保留引起的SiNR再结晶。

厦门大学EnSM: 限制Li+的侵入方向，让锂离子电池硅负极材料更高效

图1. SiNR在电化学蚀刻过程中的演变

这种无需表面涂层处理的SiNR表现出高离子电导率、高稳定的固体电解质界面（SEI）和长循环稳定性，在2000次循环后保持1721.3 mAh g^-1的比容量（~80% 的容量保持率），初始库仑效率（CE）为83%。

这项研究通过在实验和理论上利用硅的各向异性嵌（脱）锂机制，为高性能LIB的合理设计提供了见解，也为其他电池的材料设计开辟了新的维度。

图2. 含SiNR负极的锂电池的电化学性能

Confining invasion directions of Li⁺ to achieve efficient Si anode material for lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.036

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