西安交大金屬材料強度國家重點實驗室與西安交大蘇州研究院及納米學(xué)院合作，基于原位可控凝膠化過程，制備出Cu導(dǎo)電添加劑及碳納米管增強的多層硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)。其多層結(jié)構(gòu)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(fù)極體積變化而產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，Cu導(dǎo)電添加劑的引入提升了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。該復(fù)合材料電極在1A·g-1的大電流密度下經(jīng)過900次循環(huán)后比容量達(dá)到1500mAh·g-1；在4A·g-1的大電流密度下循環(huán)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(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該復(fù)合電極材料的Li+擴散系數(shù)在10-11至10-9cm-2·s-1范圍內(nèi)，具有快速充放電特性。

鋰離子電池硅負(fù)極具有其它負(fù)極材料無法匹敵的比容量，成為科學(xué)界與工業(yè)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(fā)生高達(dá)300-400%的體積變化，嚴(yán)重影響硅負(fù)極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且其導(dǎo)電性較差，制約著硅負(fù)極的實際應(yīng)用。

該研究工作通過微觀組織和界面結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計解決了硅負(fù)電極體積效應(yīng)這一瓶頸問題，有望為新一代高性能鋰離子硅負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用提供重要參考。研究成果以《原位合成銅顆粒修飾層狀碳基復(fù)合結(jié)構(gòu)：鋰離子電池復(fù)合硅負(fù)極材料的改性研究》（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(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)學(xué)會納米》（ACS Nano，IF=13.709）上發(fā)表。西安交通大學(xué)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。該研究工作是基于材料學(xué)院與納米學(xué)院（蘇州）聯(lián)合培養(yǎng)博士生取得的成果。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、江蘇省自然科學(xué)基金的支持。