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 鋰離子電池硅負極具有其它負極材料無法匹敵的比容量而成為科學界與工業界的研究熱點。然而，在充放電過程中，硅電極在脫嵌鋰時會發生高達300~400%的體積變化，嚴重影響硅負極的結構穩定性，且其導電性較差，制約著硅負極的實際應用。西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室與西交大蘇州研究院及納米學院合作，基于原位可控凝膠化過程，制備出Cu導電添加劑及碳納米管增強的多層硅/碳復合結構。其多層結構特征和碳納米管增韌碳基體可有效釋放充放電過程中硅負極體積變化而產生的巨大應力，Cu導電添加劑的引入提升了復合材料的導電性。該復合材料電極在1A·g-1的大電流密度下經過900次循環后比容量達到1500 mAh·g-1；在4A·g-1的大電流密度下循環展示出1035mAh·g-1的比容量，充分表明在硅顆粒巨大體積變化過程中電極材料仍保持優異的結構穩定性。該復合電極材料的Li +擴散系數在10-11至10-9 cm-2·s-1范圍內，具有快速充放電特性。

該研究工作通過微觀組織和界面結構的巧妙設計解決了硅負電極體積效應這一瓶頸問題，有望為新一代高性能鋰離子硅負極的開發和應用提供重要參考。研究成果以“In Situ Synthesis of Multilayer Carbon Matrix Decorated with Copper Particles: Enhancing the Performance of Si as Anode for Li-Ion Batteries”為題在國際知名學術期刊ACS Nano（IF=13.709）上發表。西安交通大學國家強度重點實驗室為該論文的第一作者和第一通訊作者單位。該研究工作是基于西交大材料學院與納米學院（蘇州）聯合培養博士生取得的成果。研究工作得到了國家自然科學基金、蘇州納米科技協同創新中心、江蘇省自然科學基金的支持。