Atomic Precision Engineered Silicon‐Carbon Composites for High‐Durability and Low‐Swelling Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 纳米团簇 微型多孔材料 空隙(复合材料) 多孔性 电极 复合数 纳米技术 碳纤维 复合材料 多孔硅 石墨烯 光电子学 互连性 渗流阈值 纳米材料 重新使用 可扩展性
作者
Fengjun Ji,Jingchuan Gao,Xueyi Nie,Guanglu Wei,Tiansheng Bai,Hongqiang Zhang,Haonan Wang,Yu Wang,Min Zhang,Lili Zhi,Jingyu Lu,Wei Zhai,Lijie Ci,Deping Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71319
摘要

ABSTRACT The deployment of silicon anodes in high‐energy lithium‐ion batteries is restricted by substantial volume expansion during cycling. Herein, we report a scalable synthetic strategy for a silicon‐confined porous carbon composite anode to mitigate this limitation. Through an industrial‐scale process, we achieved the atomic‐level confinement of silicon, chemically anchoring single atoms and nanoclusters (below 1.0 nm) within the microporous architecture of a robust carbon host. This engineered structure utilizes pre‐reserved internal void space to accommodate lithiation‐induced expansion, significantly mitigating macroscopic electrode swelling relative to conventional materials. When integrated into 2 Ah P‐Si/C‐Gr||NCM811 pouch cells, the resulting cells deliver a high capacity retention of 81.2% after 1000 cycles with only 11.5% cell swelling. Furthermore, industrial production analysis confirms high consistency and cost‐competitiveness, establishing a viable pathway linking fundamental atomic‐level materials design with commercial requirements (100 kg/batch) for high‐performance silicon anodes.
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