硅（Si）作为前景广阔的下一代高能量密度锂离子电池（LIBs）极具潜力的可行负极材料，其离子/电子导电性较差，且在充放电循环过程中会发生显著体积变化，这导致LIB性能迅速下降。
在此，厦门大学张桥保团队提出一种新颖的多功能涂层，即在Si纳米颗粒上包覆嵌入了超细SiO₂纳米颗粒（小于7 nm）的碳层（命名为Si@uSiO₂-C）。
研究显示，该种独特的uSiO₂-C涂层不仅提供了高效的电子和离子传输通道，还能提升界面稳定性，缓解循环过程中的体积变化，从而增强了Si@uSiO₂-C的导电性和结构完整性。此外，uSiO₂-C涂层中丰富的界面有助于Li+传输，均匀分布的超细SiO₂纳米颗粒赋予了材料高电化学活性和机械稳定性。
基于此，Si@uSiO₂-C负极在0.2 A g⁻¹的电流密度下，可逆容量高达2093 mAh g⁻¹，初始库仑效率高达88.3%，并具备出色的倍率性能和耐久性（在1.0 A g⁻¹的电流密度下循环1000次后，容量为928 mAh g⁻¹，容量保持率为75%）。与商业LiFePO₄正极匹配组装的全电池展现出高循环稳定性，在4 C倍率下循环500次后，容量保持率为80%
图1. 电极的电化学性能
总之，该工作设计并开发出了一种高性能硅基复合负极。该种创新型涂层不仅为高效的电子/离子传输提供了连续的导电通道，使其具备高倍率性能，还增强了与电解质的界面稳定性，并缓解了循环过程中的体积变化，从而确保了高库仑效率和持久的耐用性。
此外，uSiO₂-C涂层中丰富的界面加速了Li+的扩散，而超细SiO2纳米颗粒则保证了高锂离子存储能力和足够的机械强度。这些协同效应使得Si@uSiO₂-C负极在0.2 A g⁻¹的电流密度下能够实现2093 mAh g⁻¹的高容量，初始库仑效率高达88.3%，具备良好的倍率性能，并且在1.0 A g⁻¹的电流密度下经过1000次循环仍具有长循环稳定性，容量保持率为75%。
值得注意的是，由预循环的Si@uSiO₂-C负极与LFP正极组装而成的稳定全电池展现出卓越的循环稳定性，在4C倍率下循环500次后容量保持率为80%。因此，该工作为开发用于高性能LIBs的高效耐用硅基负极提供了新契机。
图2. 循环过程中Si@uSiO₂-C₂的形貌演变
High-Performance Silicon Anodes Enabled by Multifunctional Ultrafine Silica Nanoparticle-Embedded Carbon Coatings for Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2025 DOI: 10.1002/aenm.202500189
张桥保 厦门大学材料学院教授，哲学博士，博士生导师，南强青年拔尖A类人才/福建省高层次人才，固体表面物理化学国家重点实验室固定成员，国家优秀青年科学基金获得者，国际先进材料协会会士 (Fellow of IAAM)，入选科睿唯安全球“高被引科学家”。长期从事高比能二次电池关键电极材料的设计优化，固态电池及其储能过程中的构效关系解析的基础科学和应用研究。共发表SCI学术论文200余篇，总引15000余次， H 因子66。以第一或通讯作者(含共同)在 Chem. Soc. Rev., Prog. Mater. Sci., Nat. Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Angew Chem Int Ed., Mater. Today, Coord. Chem. Rev., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., ACS Nano, Nano Lett., Sci. Bull., J. Energy Chem., eTransportation等重要学术期刊上发表论文140余篇。