近日，北京化工大学王峰教授/牛津教授团队在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表了题为“Fast-charging graphite-based anode enabled by gradient silicon: from mechanism revelation to electrode design”的研究工作。该工作通过详细分析对比具有相同电极参数的石墨负极和硅负极在析锂之后的电化学行为，发现硅负极不仅可以抵抗枝晶的形成，同时在锂沉积之后表现出独特的锂”自溶”现象，研究团队进一步设计了一种梯度负极（Si/Gr-Grad），以其组装的全电池可以稳定循环500圈以上，组装的Ah级软包全电池在4C快充条件下经过300圈循环后容量保持率高达97.9%。

该研究首次揭示了硅负极和石墨负极在快充条件下的差异性，通过理论计算与原位表征相结合，研究团队发现相比于石墨负极，硅负极具有更低的去溶剂化能、更快的SEI离子传输以及更快的锂化负极表面迁移速率。进一步揭示了硅负极独特的锂”自溶”现象，赋予了硅负极优异的快充性能。基于以上机制进一步设计了一种具有锂沉积诱导效应的新型Si/Gr-Grad电极，证明了其在快充条件下抑制枝晶生长的特性和优异的可逆性，最后利用Ah级软包电池验证了负极的实用性，表明了Si/Gr-Grad电极是一种优异的快充负极。本研究弥补了之前关于硅负极在全电池中的快充性能研究的缺失，并为电极材料快充研究提供了更为全面系统的研究方法。

硅和石墨负极在快充条件下的差异性示意图

材料学院博士研究生肖建启为论文的第一作者，王峰教授、牛津教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

文章信息：Jianqi Xiao, Junhui Sun, Weihao Song, Xushan Zhang, Xinyu Li, Haibo Xie, Zhihong Lu, Masatsugu Fujishige, Morinobu Endo, Jin Niu*, Feng Wang*, Fast-charging graphite-based anode enabled by gradient silicon: from mechanism revelation to electrode design, Energy Storage Mater. 2025, 78, 104280

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829725002788