锰/钴双金属MOF衍生核壳硅基负极中刚柔协同缓冲层设计提升锂存储性能

为解决硅基负极材料在锂离子电池中因体积膨胀(>300%)导致的容量快速衰减问题，来自国内的研究人员通过原位溶剂热法在硅纳米颗粒上生长Mn/Co双金属MOF(MC-BTC)前驱体，经热解形成碳/MnO/CoO复合缓冲层。该Si@MC-BTC-C负极在10?C倍率下循环1000次仍保持806?mAh?g?1容量，衰减率仅0.06%/次，为高能量密度电池开发提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了如何通过巧妙的材料设计解决硅基负极的核心难题。科研人员采用溶剂热合成法，将硅纳米颗粒嵌入锰/钴双金属有机框架(Mn/Co-BTC MOF)中，经过精准控制的热解过程，成功构建出具有"刚柔并济"特性的核壳结构。

在微观尺度上，热解产生的碳基质与金属氧化物(MnO/CoO)形成复合缓冲层，既提供刚性支撑框架又保持适度柔性。这种独特的"铠甲"结构使硅颗粒在充放电过程中的体积变化(<300%)被有效约束，同时保持电极结构完整性。电化学测试显示，优化后的Si@MC-BTC-C复合材料展现出惊人的1270?mAh?g^?1比容量(2?C倍率)，在10?C高倍率下经历1000次循环后，仍能保持806?mAh?g^?1的可逆容量，每循环容量衰减率低至0.06%，远超传统硅基材料。

该研究通过创新的界面工程策略，为突破硅负极商业化应用瓶颈提供了新思路。这种MOF衍生的多级缓冲层设计理念，不仅适用于锂离子电池，还可拓展至其他面临体积变化挑战的电极材料体系，对发展下一代高能量密度储能器件具有重要指导意义。