随着对高能量密度锂离子电池需求的大幅增加，硅已成为最具潜力的负极材料。其理论比容量高达3579 mAh g?1（基于Li15Si4），约为商用石墨（372 mAh g?1）的十倍[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。此外，硅的锂化电位相对较低（约0.4 V vs. Li/Li+）[[7], [8], [9]]，这有助于抑制锂的沉积。然而，硅基负极的商业化应用仍受到两大固有瓶颈的限制。首先，硅在锂化过程中会发生极大的体积膨胀（超过300%），从而产生巨大的内应力[10]，导致颗粒破碎和电接触失效。其次，反复的膨胀/收缩会导致固体电解质界面（SEI）不断破裂和重建[11]，进而造成持续的电解质消耗和不可逆的锂损失。
为了解决这些问题，人们广泛采用界面工程和涂层策略来减轻硅的体积变化并稳定SEI。虽然传统的碳涂层具有良好的导电性[12,13]，但它们在巨大的体积变化下容易开裂或分层，从而导致SEI不断重新形成[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]。另一种选择是柔性有机涂层，它们能更好地承受较大的应变[20,21]，但通常存在机械强度不足、化学稳定性差（如膨胀或溶解）以及界面阻抗较高的问题（见表S1）。相比之下，刚性无机涂层（如Al2O3、TiO2和ZrO2）[[22], [23], [24], [25], [26]]则是一种更为理想的替代方案；它们出色的化学/热稳定性和高模量能有效限制硅的膨胀，抑制过度的SEI生长。不过，由于锂离子传导性较差、涂层制备成本较高，以及涂层均匀性和界面粘附力不足可能导致的断裂风险，这些无机涂层的实际应用仍然面临诸多挑战。
在这种情况下，氟化铝（AlF3）作为一种具有多重优势的界面材料脱颖而出。从力学角度来看，其出色的刚性能够限制硅的变形并分散应力，有效防止涂层开裂和电极破碎。从化学角度来看，AlF3可以充当稳定的人工界面，保护活性硅免受电解质的直接侵蚀，从而从根本上避免不可逆的锂损失。尤为重要的是，与传统惰性无机材料不同，AlF3在电化学循环过程中会发生原位锂化反应，生成具有高导电性的Li-Al-F化合物（如Li3AlF6和LiAlF4）[27]。这种动态转变促进了锂离子的快速传输，实现了界面稳定性与良好反应动力学的完美结合。再加上其低成本且易于大规模生产的优点，AlF3为该技术的工业化应用提供了可行的路径（见表S2）；不过，如何在复杂的Si-C结构上成功构建均匀的AlF3保护层，目前仍需进一步研究。
为此，我们开发了一种可规模化的原位策略，在Si-C复合负极上构建出坚固且耐应变的AlF3“保护层”。这种人工界面可以有效应对硅的体积变化，抑制有害的电解质反应。因此，经过优化的Si-C@A半电池在0.5 C的电流密度下经过100次循环后仍能保持1205.0 mAh g?1的高可逆容量，同时在2.0 C的电流密度下还具有871.7 mAh g?1的优异倍率性能。考虑到其实际应用前景，由Si-C@A+Gr||NCM811组成的软包电池在1.0 C的电流密度下经过200次循环后仍能保持97.86%的容量。此外，该技术的成功工业化应用还展现了出色的批次重复性，涂层成本降低了77.7%。通过将界面力学原理与商业制造工艺相结合，本研究为设计兼具机械适应性和化学稳定性的界面材料，用于下一代合金型负极，提供了极具价值的参考思路。
