硅因其超高的理论比容量（室温下为3580 mAh/g）、低的脱锂电位和广泛的来源被认为是最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。然而，由于硅在充放电过程中的巨大体积变化，其商业应用受到了限制。目前主流的解决方案是将硅与碳材料复合，以减缓体积膨胀并增强导电性。然而，传统的硅碳负极材料通常存在硅与碳之间连接不牢固的问题，导致长期充放电过程中导电网络的退化，从而快速降低电池性能。

深圳技术大学新材料与新能源学院的杨帆助理教授团队首次提出了一种高效制备硅/石墨烯复合材料（F-Si@rGO）的新方法。通过超快焦耳加热技术，课题组成功控制了碳相和硅相之间的热相互作用，进而形成能将硅纳米颗粒牢固锚定在石墨烯基体内的碳化硅“铆点”。这种新方法有效解决了传统热处理过程中由于两相亲疏水特性改变而导致的相分离问题，并确保了石墨烯和硅之间的牢固结合。利用该方法制备出的新型硅碳复合材料在长时间充放电循环过程中表现出优异的结构稳定性和电化学性能，在1C倍率下实现了1141.3 mAh/g的高初始容量，并在经过1000次循环后仍保持了894.95 mAh/g的容量，衰减率仅为每圈0.0216 %。

该方法具备高效、可控和可规模化放大生产的关键优势，为合成高性能石墨烯基储能材料开辟了新的途径，有望推动硅基负极材料在商业应用中的进展。

该成果近日在国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（Q1, IF：15.1）上，以“Rapid Joule heating-induced welding of silicon and graphene for enhanced lithium-ion battery anodes”为题发表。论文由新材料与新能源学院杨帆助理教授以深圳技术大学为第一单位、共同第一作者和第一通讯作者发表。刘清侠院士、唐泽国教授为该论文共同通讯作者，我校硕士研究生邓鹏程为共同第一作者，Danish Khan助理教授、本科生洪若岚、曹原为共同作者。

杨帆课题组自2022年以来在利用材料界面行为微观调控制备高性能储能材料领域取得了一系列创新性研究成果。课题组以深圳技术大学为通讯单位发表了一系列高影响因子论文并获得学术同行的广泛关注。如首次提出了利用重油中的类石墨烯分子的界面自组装特性来构筑高性能复合硅碳负极材料的合成路径【Energy Storage Materials, 2022. 45，p. 412-421，IF=20.4】;利用重油沥青质的热相分离构筑高性能复合硅碳负极材料【Small, 2022. 18(35), p. 2203102, IF=13.3】；将沥青质分子碳网络用于钾离子储能复合碳材料的设计和合成【Small, 2022. 18(39), p. 2203494，IF=13.3】；功能化界面材料的合成和油水界面行为调控【Journal of Colloid and Interface Science, 2021. 607, IF=19.9】等。

（论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724043158)