在全球能源转型的大背景下，全固态电池成为下一代能源存储的核心技术焦点。西安交通大学教授宋江选团队在此领域取得重大突破，他们研发的新型硅基负极材料ZnSi12P3，成功实现3000次循环不衰减，相关成果发表于《纳米快报》。这一成果解决了硅负极材料在全固态电池应用中的关键难题，为行业发展带来新的曙光。
全固态电池与硅负极材料的发展背景
在全球能源转型加速推进的当下，全固态电池凭借高能量密度、长循环寿命和卓越的安全性能，被广泛视为下一代能源存储的核心技术。在全固态电池体系中，硅负极材料因具有高理论比容量（4200mAh/g）、丰富的储量及低成本优势，成为最具应用前景的负极材料之一。然而，其固有的差离子/电子导电性，以及在锂化/脱锂过程中产生的剧烈体积变化，容易引发电极结构崩塌，严重制约了其倍率性能和循环寿命。
西安交大团队的创新突破
针对硅负极材料应用的关键挑战，西安交通大学教授宋江选团队提出了一种具有可逆纳米晶相转变特性的低成本、高导电、高稳定性ZnSi12P3新型硅基负极材料。该材料在锂化过程中经电化学驱动可原位转化为Li15Si4、LiZn和Li3P纳米晶相，脱锂后可逆转变回原始的ZnSi12P3结构，从而有效缓解体积膨胀带来的应力并保持电极结构稳定性。该负极材料展现出高达2669 mAh/g的可逆比容量，并在与高镍三元正极匹配后，于3C高倍率条件下实现了超过3000次稳定循环。相关论文信息：https：//doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02142。
硅基负极材料制备技术探讨
高性能负极材料是锂离子电池的研究热点，硅基负极材料因理论比容量远超石墨负极，成为突破电池能量密度瓶颈的核心方向。在第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛期间，中南大学周向阳教授表示，纳米化是解决硅负极问题的有效手段，人们开发了砂磨法、去合金法、冶金还原法等制备微纳结构多孔硅，采用纳米硅与高电导炭复合也是有效措施，如CVD法。周教授认为CVD法最有可能成为固态电池硅负极的主流制备方法，但仍需改进以解决载流子输运问题。
硅基负极应用面临的挑战与研究方向
周向阳教授指出，硅基负极应用于固态电池面临离子导电和电子导电提升、体积膨胀效应带来的循环性能恶化和界面阻抗增大等挑战。未来需围绕降低载流子在界面与负极体相中输运阻抗和抑制负极体积膨胀开展研究，同时降低硅负极制造成本是加快固态电池产业化进程的关键。周教授团队目前的研究方向一是围绕降成本，以光伏领域切割粉及报废硅片等廉价原料开发硅负极，相关研究集中在造缺陷与降低晶粒尺寸方面；二是构建全新结构的硅负极，解决载流子输运与体积膨胀问题，开展双导电新结构硅负极开发以及可获得高压实、高电导的全新CVD硅基负极技术研究。目前，第一个工作正在做放大验证试验，第二个工作还在实验室研究中。
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