氧化硅（SiO_x，0<x<2）材料以其高比容量和低氧化还原电位而著称，是石墨负极最有前途的替代者之一。然而，其实际应用受到循环过程中体积的大幅变化 （约翻倍）和其导电性差等因素的影响。之前的研究揭示了SiO_x不受限制的膨胀-收缩过程导致固体电解质界面（SEI）增厚，并最终导致电子渗透网络的击穿（Nat. Comm., 2023, 14, 6048）。为了缓解这种情况，构建具有高机械强度的导电聚合物网络对于提升电池体系导电性和稳定SiO_x以及防止体积引起变化的电子和锂离子（e^-/Li⁺）传输网络崩溃至关重要。遗憾的是，现有的粘合剂无法同时满足这两个要求。受刚性共轭结构约束的导电聚合物通常具有较低的机械强度，无法适应SiO_x的体积变化。预交联导电聚合物可以提高机械强度，但这反过来又会导致其溶解度变差，从而影响负极颗粒的分散性。JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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弹性e^-/Li⁺传输网络的设计JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

近日，深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队提出了一种原位光交联策略，该策略借助硫醇-烯光点击反应在SiO_x电极中原位构建了一种电子和锂离子传输网络（图1）。与热交联方法相比，它提供了更强可控性。在浆料中使用未交联的导电聚合物有助于活性材料的良好分散，从而确保负极颗粒在电极中具有良好的均匀性。交联后，所得聚合物结合了聚醚链段的柔韧性和聚芴链段的刚性，形成弹性的结合网络。同时，共轭主链构建的电子渗流网络以及由交联链段提供的锂离子传输通道，确保了负极中稳定的电荷转移。由于粘结剂机械性能的提高，SiO_x电极的第一次循环膨胀率从157%显着降低到69%。研究团队利用一系列表征手段研究了SiO_x的结构演变，并发现原位形成的弹性聚合物网络不仅保留了SiO_x电极的结构完整性，而且还有助于维持SEI内组分和结构的稳定性（图2）。利用这种粘合剂系统，SiO_x电极比使用未交联和非原位交联粘合剂的电极表现出卓越的电化学性能。JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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原位光交联策略通过构建的三功能粘结剂网络提高SiO_x电极性能的机制JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

结果表明，所提出的适用于大规模制备电极的原位光交联粘合剂技术，通过稳定电极体相和颗粒界面来提高SiO_x性能。在电极中原位构建刚性和柔性段交替的均匀三维弹性导电网络，抑制电极的膨胀，缓解电极内部颗粒的不可逆粉碎；借Nano-CT和FIB-SEM三维重构技术，证明了在开发高性能粘结剂时，颗粒表面聚合物层的均匀性不容忽视，这直接影响电极的均匀性和颗粒在反复膨胀过程中的完整性。正如XPS和sXAS的结果所证明的那样，通过限制SiO_x的自由膨胀-收缩过程，减少电解液分解，有效地保持了SEI内组分和结构的稳定性。通过易扩展的电极制备方法在颗粒表面原位构建电子和锂离子传输网络，本研究同时调节了SiO_x负极的电荷传导和机械稳定性，为高容量负极的设计提供了新的见解。相关研究成果以“Establishing an elastic electron/lithium-ion transport network via in situ crosslinking for stabilizing interphases in SiO_x electrodes”为题，发表于国际材料知名期刊Matter上（DOI: 10.1016/j.matt.2024.101952）。JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

该工作在潘锋和新材料学院杨卢奕副研究员的共同指导下完成，北京大学深圳研究生院新材料学院博士生王璐为文章的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室、深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室的支持。JCd知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯