从低成本的二氧化硅纳米颗粒出发，改进镁热还原技术、规模化制备了一种具有微纳超结构的 仿绣球形态硅烯材料，其应用于锂离子电池时展现出优异的综合储锂性能（ACS Nano2017 ，11 ， 7476）。 在此基础上，研究团队提出并发展一种“植皮式”二维共价封装策略制备了硅氧碳键基绣球 状共价双烯，其表现出卓越的综合储锂性能（图 3）：即使在 20000 mA/g 的电流密度下重量比容量 仍高达 810 mAh g-1，体积比容量相比非共价封装和未封装材料分别高出 1358%和 1442%；比目前 的商业化锂离子电池的比能量和能量密度均高出 40%以上（Nat. Commun. 2020 ，11 ，3826）。

       技术特点及技术指标：

        1.  制备公斤级硅/碳杂化材料，实现活性材料面负载量 10 mg cm-2  以上稳定循环 500  圈（面容 量达到~10 mAh cm-2  以上）。

        2.  通过杂原子（氧原子、氮原子等）有效桥连硅/碳界面，实现硅/碳之间稳定的化学结合，进一步优化硅/碳界面电子和锂离子传输特性，实现高负载量、高倍率性能硅/碳负极材料的宏量制备，在 5 C（20 Ag-1 ）电流密度下放电容量为 0.1 C  的 60%。

        3.  建立针对硅碳负极体系表征分析方法，明晰其电荷动力学特征，反馈优化材料与电极结构设计。实现关键材料中试化制备；攻关锂离子电池连续化制备核心工艺，获得高性能动力锂离子电池 并实现连续化生产。

        三、应用领域：

       根据 2017 年 4 月发布的《汽车产业中长期发展规划》，到 2020  年，锂离子动力电池能量密度需达到 300 Wh kg-1  以上；2025  年，能量密度需达到 350 Wh kg-1  以上。锂电池要达到此规划中的能 量密度，正极需要使用高比容量的镍钴锰或镍钴铝三元正极材料，同时负极也需要匹配高比容量的 材料，因此结合了碳材料高电导率、稳定性及硅材料高比容量优点的硅/碳杂化材料有着巨大的发展 潜力。然而，2018  年全球负极材料消费量约 27  万吨，硅基负极占比还不到负极材料总量的 3%（消 费量约 6000 吨）。预计硅基负极材料需求量年均增长将超过 50%，到 2022  年我国硅基负极材料产 量及消费量将达到 63000 吨，2030  年硅基负极材料将占整个负极市场 30%以上，产值达到 1700  亿 元，因此，本项目所开发的硅/碳杂化材料产业化后将会有巨大的市场前景并带来巨大的经济、社会 效益。

       专利授权及申请情况：

       1.  一种三维导电网络化硅碳复合材料及其制备方法和应用，李祥龙，张兴豪，周 敏，智林杰，2017.4.26 ，201710281023.8 ，发明专利

       2.  一种双连续结构碳硅复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，周敏，智林杰， 2015.10.12 ，201510658582.7，发明专利

       3.  一种微纳结构化硅碳复合微球及其制备方法和应用，李祥龙，张兴豪，智林杰， 2014.11.21 ，CN201410675339.1，发明专利

       4.  一种以硅灰为原料制备纳米尺寸的硅及硅/碳复合材料的方法及其用途，李祥 龙，智林杰，2014.05.15 ，CN201410205378.5，发明专利

       5.  硅-碳纳米复合薄膜及其制备方法和应用以及锂离子电池，李祥龙，王斌，智林 杰，2013.10.16 ，2013104852152，发明专利

       6.  石墨烯支撑的硅量子点负极材料及其制备方法和用途，李祥龙，王斌，智林杰， 2014.11.04 ，2014106123128，发明专利

       7.  一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用，智林杰， Muhammed  Qaisar Sultan ，Rashid Iqbal,马英杰，2019.3.26 ，201910234745.7，发明专利

       8.  一种硅碳复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2018.12.26， 201910953719.X，发明专利

       9.  一种三维导电网络支撑的多孔硅纳米材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴 豪，智林杰，2014.12.12 ，CN201410768349.X，发明专利

       10.  一种空腔结构化硅-碳核壳纳米线阵列、制备方法及其用途，李祥龙，王斌，智 林杰，2014.08.29 ，CN201410437764.7，发明专利

       11.  一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用，智林杰，Muhammed Qaisar Sultan ，Rashid Iqbal,马英杰，2019.3.26 ，CN201910234745.7，发明专利

       12.  一种纳米尺寸的硅及硅/碳复合材料的制备方法及其用途，智林杰，李祥龙， 2014.05.15 ，CN201410205370.9，发明专利

       13.  一种三维导电网络支撑的多孔硅纳米材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴 豪，智林杰，2014.12.12 ，CN201410768349.X，发明专利

       14.  一种碳硅复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2016.3.17， CN201610154348.5，发明专利

       15.  一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰， 2016.3.28 ，CN201610183286.0，发明专利

       成果受资助及获奖情况：

        1.  国家杰出青年科学基金，富碳高分子材料，2015.01-2019.12

        2.  科技部国际合作项目，多功能纳米材料及微型太阳能电池研究，2009/01-2011/12

        3.  科技部 863 项目，用于光电器件的新型低成本窗口电极材料，2009/05-2011/10

        4.  国家自然科学基金中德中心项目，用于储能器件的功能化碳基网络电极材料，

2013/05-2016/04

        5.  北京市自然科学，三等奖，石墨烯/锡化物复合电极材料的维度匹配性研究，2018

       技术成熟程度： 已在产业中应用

       拟合作方式：  ☑技术许可  ☑作价入股 ☑合作开发