隨著智能電子、電動(dòng)汽車(chē)及規(guī)模儲(chǔ)能的快速發(fā)展，研發(fā)高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性的鋰離子及后鋰離子電池是當(dāng)今儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。開(kāi)發(fā)高容量、高倍率、高穩(wěn)定性電極材料是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。硅，由于其豐富的儲(chǔ)量、極高的理論容量等優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注。然而，由于其巨大的體積變化效應(yīng)和固有的低導(dǎo)電性，其容量在循環(huán)過(guò)程中快速衰減，難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。 

　　針對(duì)上述難題，各種材料設(shè)計(jì)及工程方案已被廣泛示范。相比納米結(jié)構(gòu)化，級(jí)次結(jié)構(gòu)化有助于提高振實(shí)密度及體積能量密度，并改善材料加工性能。然而，面向?qū)嶋H應(yīng)用，在高載量和高電流密度下實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定循環(huán)極具挑戰(zhàn)性。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心李祥龍研究團(tuán)隊(duì)一直致力于儲(chǔ)能雜化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程、協(xié)同效應(yīng)及應(yīng)用探索，包括鋰離子及鋰金屬電池。近日，受蜂巢啟示，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)石油大學(xué)（華東）教授智林杰，提出一種自上而下的微米硅結(jié)構(gòu)化策略（界面雙重共價(jià)調(diào)控的各向同性渠化）。通過(guò)微米硅的鋰化、去鋰化及多巴胺改性，研究人員制備由蜂巢狀徑向排布的硅納米片組成的、聚多巴胺衍生碳雙重共價(jià)控制包覆的碳硅雜化微粒，實(shí)現(xiàn)微米硅的各向同性渠化和界面可控固化。 

　　一方面，各向同性渠化在顆粒內(nèi)部各個(gè)方向上創(chuàng)制鋰離子的低迂曲度、快速傳輸通道，解耦離子傳輸和顆粒取向間的關(guān)聯(lián)，使顆粒容量發(fā)揮不受限于活性材料載量及傳統(tǒng)極片制造工藝；另一方面，基于碳硅間中等密度的雙重價(jià)鍵（碳-氧-硅、碳-氮-硅），界面控制固化促成高度耐用的鋰離子選擇性滲透媒介，顯著抑制副反應(yīng)導(dǎo)致的傳輸通道窄化、變形，甚至阻塞，保障離子以及電子的穩(wěn)定輸運(yùn)。基于各向同性渠化和界面可控固化，碳硅雜化微粒在商業(yè)級(jí)載量及高充放電倍率下，表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是在面容量為3.4 mAh/cm²和電流密度為3.2 mA/cm²、面容量為4.0 mAh/cm²和電流密度為4.8 mA/cm²的苛刻條件下，均可穩(wěn)定循環(huán)100圈。上述研究為具有工業(yè)化應(yīng)用特征的高性能硅以及其他儲(chǔ)能顆粒的理性設(shè)計(jì)和規(guī)模制造提供新思路和新途徑。 

基于界面雙重共價(jià)調(diào)控各向同性渠化策略的碳硅雜化微粒及儲(chǔ)鋰性能