分层碳框架衍生硅碳复合材料在先进锂离子电池中的应用研究

本文报道了一种通过化学气相沉积(CVD)法在分层碳框架上均匀沉积纳米硅(Si)并碳包覆制备的Si/C复合材料(NCF-Si@C)。该材料凭借介孔碳框架的高比表面积和松散层状结构，有效缓解了硅的体积膨胀(~300%)，同时提供丰富锂存储活性位点。在0.5 C下循环100次后仍保持729.5 mAh g-1的可逆容量，与NCM811正极组装的全电池在1 C下循环150次展现优异稳定性。研究为开发具有结构完整性和长循环性能的硅基负极提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过简易CVD法在分层碳骨架上均匀沉积纳米硅，构建了具有独特结构的Si/C复合材料。其层级状碳框架不仅为纳米硅提供了理想的沉积载体，三维导电网络更显著提升了材料整体导电性。

Results and discussion

如图1所示，合成过程包含碳框架制备、纳米硅沉积和碳包覆三个关键步骤。以醋酸锌二水和物与2-甲基咪唑(2-MeIm)为原料，通过调控摩尔比在水相中自组装形成不同三维结构。

Conclusions

成功制备的分层碳框架通过CVD实现纳米硅均匀负载，后续以CH₄为前驱体进行碳包覆改性。该层级结构既能缓冲纳米硅循环时的体积变化，又为锂离子存储提供丰富活性位点，显著提升了材料电化学性能。

CRediT authorship contribution statement

Lili Yang：实验设计、数据采集、论文撰写；Cheng Zhong：课题构思、经费支持、论文审订。

Declaration of competing interest

作者声明无任何可能影响研究结果的利益冲突。

Acknowledgments

感谢国家自然科学基金(52232009)和国家杰出青年科学基金(52125404)的资助。