由于超高的理论容量和更加安全的锂化电位，硅负极被视为下一代锂离子电池最有前景的负极材料之一。然而，由于锂合金化的储锂机制，硅负极在充放电过程中会发生巨大的体积变化（高达%），造成电极结构粉碎和活性物质剥落等问题，导致硅负极内部失去电接触、硅表面难以形成稳定的固体电解质层(SEI)。因此，硅负极在实用过程中往往表现出低的可逆性和快速的容量衰减。硅纳米化能够有效提升硅负极的储锂性能，但复杂苛刻的制备过程和高昂的制备成本，阻碍了纳米硅负极的大规模生产及应用。
近日，北京化工大学王峰教授、牛津副教授研究团队提出了一种简单高效且经济友好的硅负极改性策略，基于现有的工业化设备及技术，实现了高性能锂离子电池实用型硅负极的制备。研究人员将低成本的明胶和微米级硅进行球磨混合和涂覆热解，在热解过程中明胶良好的水溶性和成膜性使其能够形成连续的碳网络，在保证电子快速传输的同时，增强了硅和集流体之间的界面键合作用。所获得的硅负极（BMSi
GC）具有超高的硅含量、致密的电极结构和出色的机械柔韧性。BMSiGC负极表现出高容量（mAhg-1、mAhcm-3和2.74mAhcm-2）和高初始库仑效率（88.2%）。以BMSiGC负极和LiCoO2正极组装的软包电池显示出高质量能量密度（Whkg-1基于正负极质量）和体积能量密度（.1WhL-1基于所有软包组分体积）和良好的循环性能。该文章发表在CellReportsPhysicalScience上。杨娜、孙军徽和邵蓉为本文共同第一作者。明胶作为水溶性高分子，具有丰富的羧基（-COOH）和氨基（-NH2）基团，具有良好的成膜性和粘结性。这些特性使明胶即使在低剂量下也能在硅颗粒上均匀地形成涂层，并将硅牢牢固定在铜箔上，从而确保高硅含量。在可控热解后，明胶转化为连续的N、O掺杂碳网络，在Si和集流体之间形成双界面，提高了导电性和机械柔韧性。选用低成本的微米硅和明胶作为前驱体，负极的生产工艺基于现有的设备和技术（包括球磨、浆料涂布和低温热解），便于大规模工业化生产。
BMSi
GC负极的制造方法和改性策略示意图GC网络的连续网络不仅使BMSi
GC负极具有高的振实密度，而且有效地增强了其粘结力和内聚力。超声处理15min后，即使铜箔破裂，集流体也没有暴露，证实GC网络可以增强电极材料和铜箔之间的粘附力。DFT计算结果显示，吡咯N(N-5)、吡啶N(N-6)、C-O-C和C=O显著增强了Si/Cu原子和碳基体之间的相互作用。
半电池结果表明GC网络能够显著提高BNSi
GC负极的电化学性能。原位拉曼、原位XRD等原位测量手段被用于硅基负极充放电过程形态变化的研究。证明BMSi
GC负极循环过程具有高度可逆性，改性策略具有明显的体积膨胀抑制效果。BMSi
GC负极的独特结构组成不仅保证了高首效和高可逆容量，而且利于均匀SEI的形成和循环性能的提升。连续稳定的GC网络不仅促进了电荷转移，而且缓冲了体积膨胀并抑制了Si的粉碎。BMSi
GC//LCO软包电池的能量密度为Whkg-1和.1WhL-1，平均电压为3.86V。BMSiGC的成本估计约为12.0美元/kg，与商业化石墨负极（1-14.5美元/kg）相当，并且远低于纳米硅负极（美元/kg）综上，本工作成功设计并采用简单高效、经济友好的方法制备了BMSi
G负极。实验结果和理论计算表明，BMSiGC负极内的明胶碳网络不仅可以作为连续网络提供良好的电子传导性，还可以提高负极的机械强度，从而在不丧失结构完整性的情况下适应硅的体积变化。由于高硅含量、高振实密度和独特的三维导电网络，BMSiGC负极表现出了高首次库伦效率、高可逆质量/体积/面积容量，以及优异的倍率性能。以其组装的全电池也表现高的能量密度和良好的循环性能。NaYang,JunhuiSun,RongShao,ZhenjiangCao,ZhengpingZhang,MeilingDou,JinNiu,*FengWang*,Stableandconductivecarbonnetworksenablinghigh-performancesiliconanodesforlithium-ionbatteries,CellReportsPhysicalScience,,DOI:10./j.xcrp...