為了滿足人們對(duì)高能量密度和高功率密度鋰離子電池日益增長(zhǎng)的需求，硅（Si）因其高的理論比容量而備受關(guān)注。然而，Si陽(yáng)極的實(shí)際使用受到嵌鋰/脫鋰過(guò)程中體積變化大及由此產(chǎn)生的電極粉碎的阻礙。納米級(jí)Si基材料已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但低的初始庫(kù)侖效率和較小的體積容量，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。Si微粒（SiMPs）因?yàn)榈统杀荆虡I(yè)可用性和高振實(shí)密度,，被認(rèn)為是替代品。本論文介紹了一種新穎的原位形成石墨烯氧化物（GO）-聚丙烯酸（PAA）復(fù)合籠，來(lái)封裝硅微粒（SiMPs）并作為鋰離子電池陽(yáng)極。通過(guò)酯化反應(yīng)使得PAA粘合劑的羧基和GO的羥基之間形成機(jī)械穩(wěn)固的共價(jià)鍵。酯鍵合的GO-PAA籠將粉碎的SiMPs限制在其內(nèi)，保持了結(jié)構(gòu)的完整性，從而產(chǎn)生高的庫(kù)侖效率，優(yōu)異的容量保持率和高倍率性能。在1000 mA /g的高電流密度下200次循環(huán)后，該電極提供了2300 mAh/g 的高容量。此外，在全電池中（100次循環(huán)后1.45 mA h/cm
2）和高的負(fù)載Si量下（500次循環(huán)后1.98 mA h/cm
2）實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定循環(huán)。
Scheme 1 通過(guò)[SiMP + GO]復(fù)合物的-OH與PAA粘合劑的-COOH之間的酯化反應(yīng)，從HB電極制備EB電極的示意圖。
Fig. 1 (a) SiMPs和(b) [SiMP+GO]復(fù)合材料的SEM圖，[SiMP+GO]復(fù)合材料的(c)低倍和(d)高倍TEM圖，[SiMP + GO]復(fù)合材料的(e)STEM圖像和(f,g) EDS映射圖。
Fig. 2 (a) PAA粘結(jié)劑、(b)氧化石墨烯(GO)、(c) SiMPs和[SiMP+GO]復(fù)合材料以及(d) HB-1和EB-1電極的FT-IR光譜。
Fig. 3 (a)掃描速率為0.05 mV/s時(shí)HB電極和EB電極的CV曲線，(b)電流密度為200 mA/g時(shí)，HB和EB電極在0.01到1V之間的初始充放電曲線，(c)電流密度為200 mA/g (1次)-500 mA/g (5次)-1000 mA/g (后續(xù)循環(huán))時(shí)HB和EB電極的循環(huán)性能，(d)無(wú)Super-P條件下制備的EB-1電極循環(huán)性能（質(zhì)量比，[SiMP+GO]：PAA粘結(jié)劑= 65：20），(e)負(fù)載Si量為1.42 mg/cm
2的EB-1電極的面積容量。
Fig. 5 (a) HB和EB電極的納米壓痕圖，(b)微劃痕試驗(yàn)獲得的摩擦系數(shù)，(c) HB和EB電極劃痕試驗(yàn)后的SEM圖。
Fig. 6 (a) HB和(b) EB電極經(jīng)過(guò)20次循環(huán)后的SEI層SEM圖，(c) HB和EB電極的初始和循環(huán)后XPS Si 2p、C1s和F1s光譜。
Fig. 7 SEI沖洗(a)HB和(b)EB電極循環(huán)20次后的SEM圖，(c)EB-1電極循環(huán)后的TEM圖。
Scheme 2 (a) HB電極和(b) EB電極在鋰化和循環(huán)后的工作機(jī)理示意圖。
相關(guān)研究成果于2019年由首爾國(guó)立大學(xué) Seong-Hyeon Hong課題組，發(fā)表在J. Mater. Chem. A（DOI: 10.1039/c9ta02654a）上。原文：An in situ formed graphene oxide-polyacrylic acid composite cage on silicon microparticles for lithium ion batteries via an esterification reaction
