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Gradient Heterogeneous Coatings for Silicon‐Carbon Anodes in Lithium‐Ion Batteries

材料科学 涂层 阳极 制作 碳纤维 可扩展性 纳米技术 电压 化学稳定性 纳米尺度 封装(网络) 相容性(地球化学) 储能 复合材料
作者
Siwei Jiang,Jiahong Fan,Y. Liu,Tao Zhang,Xin‐Tao Wu,Peng Hu,Liuli Yao,Y. N. Li,Hao‐Xiang Wu,Yannan Zhang,Yannan Zhang,Zhongren Zhou,Yingjie Zhang,Yingjie Zhang,Peng Dong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (14) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202519728
摘要

Abstract Silicon sub‐oxides (SiO x ) are promising high‐capacity anodes for advanced lithium‐ion batteries but suffer from rapid capacity fade, progressive voltage decay, and inferior rate capability. While monolithic coating strategies (e.g., rigid CVD carbon encapsulation or flexible poly(acrylic acid) (PAA) chemical coupling) partially mitigate volumetric expansion and interfacial instability, their effectiveness is fundamentally constrained by inherent conductivity‐mechanical buffering trade‐offs. This study systematically compares these systems, establishing that carbon layers govern electron transport while PAA matrices reinforce interfacial stabilization. Consequently, this study developes an innovative gradient heterogeneous coating strategy (SiO x @C/PAA and SiO x /PAA@C architectures) that resolves the conductivity‐stability paradox through precise coating sequence modulation. Experimental results demonstrate that outer‐layer physicochemical properties dictate overall performance: SiO x /PAA@C (carbon exterior) delivers superior rate capability (480 mAh g −1 at 6 A g −1 ; 120 mAh g −1 at 4.5 A g −1 in full cells), while SiO x @C/PAA (PAA exterior) achieves exceptional cycling stability (89.3% retention after 150 cycles; 81.17% after 650 cycles in full cells). Inner coatings enhance active material stability via microstructural modulation. This approach successfully addresses the tripartite challenges of capacity preservation, rate performance optimization, and industrial scalability, establishing a theoretical framework for hierarchical interface engineering in silicon‐based anodes alongside scalable fabrication protocols for practical implementation.
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