论文概要

本研究提出了一种压缩辅助快速焦耳热（FJH）界面工程策略。该技术通过在充满氩气的石英管中对硅@氧化石墨烯（Si@GO）粉末床施加可控的机械压缩（0%、5%、10%），以调节颗粒间的接触密度与界面面积；随后施加直流电压（-50 V， -20 A），利用焦耳效应在约1秒内实现高达1000 °C/s的升温速率，并在1000 °C下精确维持120秒。这种超快热冲击能够在还原氧化石墨烯（rGO）的同时，于硅-碳界面诱导原位生成碳化硅（SiC）锚点，且通过控制预压缩比例，可精准调控SiC的分布密度与形貌（从离散纳米晶到连续片层）。研究发现，5%的预压缩比例能够实现最优的SiC分布密度，既保证了界面结合强度，又保留了石墨烯的结构柔韧性。所得5%-FJH Si@rGO复合材料在1C倍率下表现出1055.94 mAh g⁻¹的初始容量，循环500次后容量保持率高达75.9%，初始库仑效率达到85.75%。该工作为破解硅负极长期面临的相分离难题提供了可规模化的制造方案，并为高性能合金型负极材料的界面设计奠定了理论基础。

相关成果以“Interface engineering of Si/graphene composites via compression-assisted fast joule heating for enhanced Lithium-ion battery anodes”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

图文导读

研究总结

本研究提出了一种压缩辅助快速焦耳热界面工程策略，通过在毫秒级升温过程中对Si@GO粉末床施加可控压缩，精准调控硅与石墨烯界面处SiC的形成密度与分布形态。机制研究表明，适度压缩（5%）能够增加硅-碳接触点，诱导生成离散分布的纳米SiC锚点，这些锚点既可作为永久性"结构铆钉"抑制循环过程中的相分离，又可缓冲硅的体积膨胀并维持石墨烯导电网络的完整性。

所构筑的5%-FJH Si@rGO复合材料实现了85.75%的初始库仑效率、1055.94 mAh g⁻¹（1C）的初始容量及500次循环后75.9%的容量保持率，性能优于多数近期报道的硅基负极材料。该工作不仅为破解硅负极相分离难题提供了可规模化制备的技术路径，也为其他高容量合金型负极的界面工程设计提供了方法论参考。未来可探索该方法在SiOx、Sn、Al等体系中的普适性应用，并深入研究其在极端环境下的服役性能。

焦耳加热设备

中科精研自主研发的焦耳加热设备，采用先进的毫秒级超快升温技术，可在极短时间内实现高温处理，广泛应用于纳米材料制备、催化剂合成、电池材料研发等领域。

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