CO2衍生碳基硅碳复合负极材料的可持续制备及其高性能锂离子电池应用

本文创新性地利用CO2衍生的再生碳（RC）与纳米硅（Si）和沥青（P）复合，开发出具有三维稳定结构的RC@Si-P负极材料。通过沥青包覆有效抑制硅的体积膨胀（volume change），首次库伦效率达78.15%，在0.1 A/g电流密度下容量达645 mAh/g，显著优于石墨材料，200次循环后仍保持400 mAh/g容量。该研究为CO2资源化利用和高性能锂离子电池（LIBs）开发提供了新思路。

　　

亮点

本研究通过高温热解技术将CO₂转化为硬碳材料，创新性地构建了"核-壳"结构复合材料：以纳米硅为核，再生碳（RC）纤维为骨架，沥青（P）为封装层。高分辨透射电镜（HR-TEM）显示，沥青层能有效缓冲硅颗粒300%的体积膨胀，碳纤维网络则提供了电子传输通道和机械支撑。

结果与讨论

X射线衍射（XRD）和拉曼光谱证实，复合材料中硅晶体保持完整晶格结构（特征峰28.4°、47.3°等），再生碳呈现典型无定形碳宽峰。电化学测试显示，沥青包覆使电极在充放电过程中的极化电压降低0.15V，阻抗谱（EIS）显示电荷转移电阻下降40%。原位观测发现，碳纤维网络能像"弹簧床"一样吸收硅颗粒的膨胀应力。

结论

这种"三明治"结构设计实现了三重优势：

1）CO₂衍生的多孔碳提供锂离子快速扩散通道；

2）纳米硅（~100nm）突破传统硅材料的断裂临界尺寸（150nm）；

3）沥青层像"智能绷带"般动态适应体积变化，使固态电解质界面（SEI）厚度稳定在20nm左右。该工作为发展下一代高能量密度（>500Wh/kg）电池提供了环保解决方案。