全球努力脱碳运输和整合间歇性可再生电力对电化学储能提出了前所未有的要求。锂离子电池（LIB）由于其重量和体积能量密度、循环寿命和制造成熟度的无与伦比的组合而成为主导技术。然而，支撑当今电池的石墨负极仅提供372 mAh g-1（基于LiC6）并且正在迅速接近其基本上限。在典型的高能2170圆柱形电池中，石墨已经占据了非活性质量的~ 20%和体积的~ 10%。因此，为了满足电动航空和远程电动汽车的≥350 Wh kg−1封装级能量密度的新兴目标，一种替代的新型负极材料是必不可少的，它可以在保持寿命、快速充电能力和保持安全性的同时增加比容量。
氧化亚硅（SiOx）作为一种新兴锂离子电池负极材料，正展现出比石墨负极更高容量、比纯硅更优循环寿命的潜力，同时具有成本竞争力。然而其商业化进程受到两大挑战的阻碍：一是本征初始库仑效率偏低导致不可逆的锂损耗，二是巨大的体积效应和较差的导电性引发严重机械失效。尽管目前通过纳米结构调控、孔隙设计、组分优化及多级结构构建等策略广泛探索了提升初始库仑效率、增强容量和延长循环寿命的途径，但大多数实验室级方案难以同时满足工业界对高比容量、高振实密度、长循环稳定性、制备重现性、规模化能力、成本与安全性的综合要求。要弥合这一产学研鸿沟，亟需建立从原子尺度到介观结构的材料设计原则，以系统关联SiOx结构与整体电化学性能。本综述深入解析了SiOx的锂化机制、合成与结构工程策略、实用化电极制备工艺及原位表征技术，推动了SiOx负极实现商业化应用。
高性能硅/碳（Si/C）也是一种新兴锂离子电池负极材料。青海盐湖所盐湖有机质与硼钾分离技术团队系统阐述了通过多尺度界面调制实现高性能硅/碳（Si/C）负极的内在机理和设计策略，并通过化学气相沉积（CVD）法制备的复合材料为主要模型体系，探讨了Si/C和电极/电解质界面的控制。同时讨论了本征优化（掺杂、合金化）、结构工程（多孔、蛋黄-壳结构）和电极水平调节（粘结剂、电解质）等补充策略。此外，我们还延伸到了软包电池和固态电池，并再次阐明界面稳定性是至关重要的。通过建立结构-界面-性能的相关性，这项工作为高容量硅负极从实验室原型过渡到商业应用提供了一个整体框架。
相关成果以题为“Silicon oxide anodes: advances and challenges toward practical applications”的论文发表在国际顶级期刊《Coordination Chemistry Reviews》上，硕士研究生石凯为第一作者，导师中国科学院青海盐湖研究所杨克利副研究员，临沂大学鑫海新能源材料研究院王青磊副教授和浙江大学衢州研究院陈俊副研究员为共同通讯。上述工作得到了国家自然科学基金（No.12205252，52172244）、青海省重点研究发展计划（2024-QY-208）和中国科学院青年创新促进会的资助。同时，相关成果以题为“From Design to Application: Interface Engineering in Hierarchical Si/C Anodes for High-Energy-Density Batteries”的论文发表在国际高水平期刊《Small》上，硕士研究生仰帆帆为第一作者，导师中国科学院青海盐湖研究所杨克利副研究员、彭姣玉副研究员和浙江大学衢州研究院陈俊副研究员为共同通讯。本研究得到了青海省重点研究发展计划（2024-QY-208）和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854525009646?via%3Dihub
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.73790
图1：改性SiOx负极材料的各种策略
图2：SiOx负极走向实用化之路
图3：多级硅基负极的策略和途径：从合理构建到实际应用
图4：多级硅基负极的产业化应用案例
审核：葛飞