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基于工业粗硅再利用的锂离子电池硅负极研究
众所周知，为了应对电子便携设备及电动汽车的发展需求，研究并发展高性能的锂离子电池尤为关键。而在锂离子电池的研究中，开发新的电极材料又成为提高电池性能的重中之重。就负极而言，硅因为其巨大的储量和超高的理论比容量（4200 mAh/g，相当于现在商业化石墨负极的十倍左右）成为了世界各研究组的研究重点，被认为是下一代最理想的负极材料之一。然而硅作为负极其问题也很严重，如在电池循环中，硅会经历4倍左右的体积膨胀变化从而导致电极容易粉碎化，电池失效等，所以限制了其性能的提高。
近年来，随着纳米材料制备技术的发展，一批研究者制备合成出了不同结构的纳米硅负极，例如：硅纳米线、硅纳米管、多孔硅纳米颗粒等，而其中多孔硅纳米颗粒因为其最适合传统的涂覆工艺而成为了硅负极商业化的有力竞争者。但是现在使用的一些多孔硅纳米颗粒的合成制备工艺较为复杂，成本较高，能耗较大，这些严重制约了其大规模生产和应用。
纳米多孔硅制备示意图
南京大学朱嘉教授（点击查看介绍）课题组着眼于工业生产中的低纯度硅源（金属硅：纯度为99%），通过简单的球磨、退火（歧化反应）和酸处理的工艺，最终得到多孔硅颗粒。并且通过控制实验条件，能够精确调控多孔硅的孔隙率（从17%到70%）。同时多孔化硅颗粒运用在锂离子电池的负极方面，能够缓解其在嵌锂时发生的体积膨胀，获得了很好的循环及倍率性能。整个过程简便且大大降低了成本，为大规模生产硅颗粒，制备硅负极提供了新思路，并且也为硅在光伏，热电领域的制备合成提供了新方法。
这一成果近期发表在《Nano Letters》上，该论文的通讯作者是南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授，第一作者是匡亚明学院理科强化班本科生宗麟奇。该研究成果得到了国家重点基础研究项目，国家自然科学基金创新群体项目和江苏省优势学科建设项目资助。朱嘉教授课题组自成立以来，围绕着工业粗硅的再利用展开了一系列研究，结果已陆续发表在PNAS、Nano Letters等国际主流期刊上，受到业内的广泛关注。
该论文作者为：Linqi Zong, Yan Jin, Chang Liu, Bin Zhu, Xiaozhen Hu, Zhenda Lu, and Jia Zhu
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Precise Perforation and Scalable Production of Si Particles from Low Grade Sources for High-Performance Lithium Ion Battery Anodes
Nano Lett., 2016, 16, 7210-7215, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03567
朱嘉教授简介
朱嘉，1982年2月生，2010年获斯坦福大学工学博士学位。现为南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师。2015年作为首席科学家主持国家重点基础研究计划项目（青年专题）；2016年入选首届江苏“双创英才”，中国侨界贡献奖创新人才奖，麻省理工学院技术评论“全球科技创新人物”(MIT Technology Review TR 35 Award，点击阅读相关)。
朱嘉教授研究方向为新型能源转换材料与器件，在低维材料光学、热学调控，微纳结构太阳能光-热-电转换，高效率太阳能海水淡化以及低成本硅再利用方面开展了系统性的研究工作。已在Nature Nanotech, Nature Materials, Nature Photonics, Science Advances, PNAS, Nano Letters，Advanced Materials 等高影响力学术期刊发表了40余篇论文，被SCI引用2000余次。3篇论文被选为Nature Nanotech, Nano Letters, Advanced Energy Materials等杂志的内/外封面。出版英文书籍一章，申请国际专利5项。部分研究成果被Science、Nature杂志、MIT Technology Review杂志、New Scientist等国际科学媒体广泛报道，在国际产生广泛的影响，受邀在政府，国际会议及世界著名学府做过40多场专题报告，同时是30多个国际学术期刊的特约审稿人。
http://www.x-mol.com/university/faculty/22073