通过双重焊接封装技术制备的高能量密度、坚固耐用的硅基负极

《ACS Nano》：Robust Silicon-Based Anode with High Energy Density upon Dual Welding Encapsulation

硅基电极通过构建Si-C化学键与C-C层间键形成双焊接封装，有效抑制体积膨胀并增强界面稳定性，实现循环寿命300次后膨胀率低于12%，使全电池能量密度达576 Wh/kg，为商业硅电池开发提供新路径。

　　

由于具有较高的理论容量，硅长期以来一直被视为高性能锂离子电池中最有前景的阳极材料之一。然而，限制其实际应用的一个主要挑战是硅阳极中界面接触不良的问题，这会导致锂化/脱锂过程中由于体积膨胀而产生结构不稳定。在这项研究中，我们采用了一种双重焊接封装策略：在硅与导电覆盖层之间形成Si–C化学键，并在覆盖层之间建立C–C层间键合连接。通过直接观察基于硅的复合材料的界面，我们利用机器学习辅助的透射电子显微镜分析技术，确定了化合物的类型及其杂化轨道结构。这种双重焊接机制不仅增强了保护性碳壳的机械强度，还通过Si–C键确保了核心与壳层之间的持续电连接。这种坚固的异质结构有效缓解了硅阳极内部的界面不稳定性，在300次循环后体积膨胀幅度降至12%以下。因此，采用这种复合阳极和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极的全电池表现出576 Wh kg^–1的高能量密度以及稳定的循环性能，为商用硅电池的研发提供了借鉴。