硅（Si）因其卓越的理论容量、天然储量丰富以及成熟的工业化生产能力，已成为极具前景的锂离子电池负极材料。然而，硅基负极的实际应用仍面临两大关键挑战：（1）在锂化和去锂化过程中巨大的体积变化（>300%）会在颗粒和电极层面产生严重机械应力，导致结构粉化、活性材料脱落及随之而来的容量快速衰减；（2）硅本身固有的低电导率限制了电子/锂离子的传输动力学，导致倍率性能不佳。

    鉴于此，孙林教授团队通过对商用Al₆₀Si₄₀合金进行酸蚀获得多孔微米硅（mpSi），继而采用rGO与Ti3C2Tx MXene（T表示-F基团）进行协同改性，并通过化学气相沉积（CVD）衍生碳涂层进行封装，成功构建了具有分级结构的硅基复合负极。该材料充分利用了rGO优异的电子传输能力和MXene的离子导电性，显著提升了电荷转移动力学性能；同时二维材料与CVD碳涂层杂化所形成的界面增强效应能够有效抑制Si的体积膨胀并阻断了副反应。此外，Ti₃C₂T_x表面的-F基团可有效参与SEI膜形成，构建出富含LiF的SEI膜，显著促进了锂离子传输。优化后的微米级多孔硅复合负极（mpSi-MGC）展现出卓越的电化学性能：在0.2 A g^-1电流密度下可逆容量达1600 mAh g^-1，在1 A g^-1条件下循环200次后仍保持992 mAh g^-1的容量。这种分级限域策略为开发高性能硅基负极提供了新思路。 

图1 mpSi-MGC样品的制备流程和形貌表征

图2 mpSi-MGC的物相结构表征和光谱测试

图3 电池测试数据

图4 性能提升机制分析

相关工作以题为“Fluorinated MXene-engineered LiF-rich solid electrolyte interphase and hierarchical confinement strategy enabling high performance micro-sized silicon anodes”发表于中科院一区TOP、中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Nano Research》。

文章链接：https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94908024