1. 痛點問題

鋰離子電池作為“雙碳”和“中國智造 2025”目標實現的重要組成部分，被廣泛用于軍事和民用儲能設備。隨著人們對鋰離子電池續航能力要求的不斷提高，現有商用石墨負極已不能滿足人們對能量密度的要求。近年來，石墨烯包覆的硅納米材料因具有優良的循環穩定性、導電性、倍率性和高比容量已被認為是下一代鋰離子電池負極的理想材料。

但如何實現高品質的石墨烯包覆的硅納米材料的量產目前行業亟需解決的問題瓶頸，清華張貴新教授團隊針對上述問題研發了一種基于等離子技術的一步式實現石墨烯包覆硅基納米鋰離子電池負極材料制備技術：包括硅材料納米化、石墨烯生成及碳硅包覆。

2. 解決方案

微波等離子體是通過注入諧振腔的微波電場激發并維持的無電極放電等離子體，在開放式大氣壓條件下能形成具有大體積、高溫、高能粒子的均勻等離子體核心區域。結合前驅體的組合與饋入技術，在百毫秒時間內迅速將硅材料納米化、生成石墨烯或奈米碳并實現炭包硅納米鋰電池納米負極材料的制備，可大氣壓下連續運行，適合工業規模化生產。基于該技術制備得到石墨烯均勻包覆的硅基納米核殼材料（平均粒徑為 10.95 nm），并且制得的材料經過扣電池電性能循環測試表明：該方法制備得到的核殼納米材料的平均粒徑為的初次比容量達 2000 mAh/g 以上，其循環性能遠高于目前常用的石墨負極。

圖1 微波等離子體工業批量制備納米材料示意圖

圖2 該技術所制備石墨烯包覆硅基納米鋰離子電池負極材料