西安交大金屬材料強度國家重點實驗室與西安交大蘇州研究院及納米學院合作，基于原位可控凝膠化過程，制備出Cu導電添加劑及碳納米管增強的多層硅/碳復合結(jié)構(gòu)。其多層結(jié)構(gòu)特征和碳納米管增韌碳基體可有效釋放充放電過程中硅負極體積變化而產(chǎn)生的巨大應力，Cu導電添加劑的引入提升了復合材料的導電性。該復合材料電極在1A·g-1的大電流密度下經(jīng)過900次循環(huán)后比容量達到1500mAh·g-1；在4A·g-1的大電流密度下循環(huán)展示出1035mAh·g-1的比容量，充分表明在硅顆粒巨大體積變化過程中電極材料仍保持優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該復合電極材料的Li+擴散系數(shù)在10-11至10-9cm-2·s-1范圍內(nèi)，具有快速充放電特性。

鋰離子電池硅負極具有其它負極材料無法匹敵的比容量，成為科學界與工業(yè)界的研究熱點。然而，在充放電過程中，硅電極在脫嵌鋰時會發(fā)生高達300-400%的體積變化，嚴重影響硅負極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且其導電性較差，制約著硅負極的實際應用。

該研究工作通過微觀組織和界面結(jié)構(gòu)的巧妙設計解決了硅負電極體積效應這一瓶頸問題，有望為新一代高性能鋰離子硅負極的開發(fā)和應用提供重要參考。研究成果以《原位合成銅顆粒修飾層狀碳基復合結(jié)構(gòu)：鋰離子電池復合硅負極材料的改性研究》（In Situ Synthesis of Multilayer Carbon Matrix Decorated with Copper Particles: Enhancing the Performance of Si as Anode for Li-Ion Batteries）為題在國際知名學術(shù)期刊《美國化學學會納米》（ACS Nano，IF=13.709）上發(fā)表。西安交通大學國家強度重點實驗室為該論文的第一作者和第一通訊作者單位。該研究工作是基于材料學院與納米學院（蘇州）聯(lián)合培養(yǎng)博士生取得的成果。研究工作得到了國家自然科學基金、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、江蘇省自然科學基金的支持。