SiOx在实际应用中，节点材料面临三个核心挑战：显著的体积膨胀、固有的低导电性以及由不稳定电极/电解质界面导致的低初始库仑效率。现有的改性策略往往只能部分解决这些问题，难以在保持高振实密度的同时实现均匀的界面保护和稳定的结构支撑。本研究开发了一种创新的"液相砂磨-机械融合-固相退火"量产策略，成功构建了石墨负载氧化硅/碳-二氧化钛（GSSO@C-T）节点材料。该设计巧妙利用机械融合工艺，在预负载SiO的石墨颗粒表面实现了均匀的沥青包覆。x。TiO2改性无定形碳复合涂层在退火过程中形成的组合有效地解决了界面稳定性、导电性和体积扩展包的问题。所得GSSO@C-T材料展现出优异的电化学性能：在0.3 A g−1电流密度下循环200次后仍保持722.4 mAh g−1的容量，并保持569 mAh g的容量。−1在3 A g<sup>−1</sup>的高倍率下循环2000次后−1基于阳极材料x based anode materials.
随着电动汽车和大规模储能行业的快速发展，对锂离子电池能量密度的要求日益严苛，这推动着新一代高性能负极材料的研发[1]。硅基材料，尤其是SiOx因其比石墨更高的比容量和较纯硅更优异的容量保持性能，引起了学术界与工业界的广泛关注[2]。然而SiOx材料存在固有的低电导率和循环过程中的结构应力问题，这会导致电极粉化、固体电解质界面（SEI）持续重构以及由Li不可逆形成引起的初始库仑效率低下等问题2O、Li4SiO4和Li6Si2。这些挑战严重限制了其实际应用。因此，开发提升SiO电化学性能的新策略7复合材料具有关键重要性[3]。x composites is of critical importance [3]. 针对氧化硅（SiO）材料严重的体积膨胀和导电性差等核心挑战x) 阳极材料的研究主要沿两个互补方向展开。一方面通过引入功能性金属氧化物实现对材料本征结构及界面的精准调控。典型策略包括构建具有高比表面积的过渡金属化合物纳米结构以提升离子扩散系数[4][5]，以及利用氧空位（如TiO2中的氧空位）x通过部分还原形成的局部电子分布改变，从而构建电荷传输通道[6][7][8]。王等人设计的莲蓬状MnO-SiOx@C复合结构，在电化学过程中通过原位形成稳定的Mn2SiO4相显著提升了结构稳定性。同时，经镁热还原法制备的TiOx/SiOx@C杂化材料通过形成Si32/Ti40Si8异质结界面，而钛原子周围的高自由体积为锂离子嵌入提供了缓冲空间。另一方面，采用高模量氮氧化钛(TiON)作为包覆层，通过溶剂热和热还原工艺在SiO表面形成TiN-C插层包覆，有效维持了电极结构完整性[9]。通过球磨和热处理形成的柔性MXene(Ti24)氮掺杂薄膜包覆层显著增强了界面电子传输[10]。此外，核壳结构的MoS40组装软包全电池在140次循环后容量保持率为77.5%，同时热安全性显著提升。本研究为高性能SiO的规模化生产提供了新的见解与方法。xLuo等开发的/composite通过同步维持快速离子扩散与结构完整性，实现了优异的倍率性能[11]。3C2Tx) coating, formed via ball milling and heat treatment into an N-doped thin film, significantly enhanced interfacial electron transport [10]. Furthermore, the core-shell structured MoS2/composite developed by Luo et al. achieved excellent rate performance by simultaneously maintaining fast ion diffusion and structural integrity [11]. 然而，这些依赖单一组分或单一尺度的改性策略往往难以在实际应用中完全满足性能与成本的双重要求。因此，将金属氧化物的界面改性优势与碳材料的导电性和缓冲特性相结合，构建多功能复合体系已成为更具前景的解决方案。在该复合策略中，碳层的精确构建尤为关键。化学气相沉积（CVD）技术可通过选择不同碳前驱体实现对碳层形貌的精细调控：甲烷可制备垂直石墨烯网络，显著提升颗粒间接触概率与导电性[12]；苯和甲苯形成层状碳包覆层[13][14]；乙炔在不同温度下可生成致密无定形碳或疏松碳纳米管，通过双包覆设计实现协同增强效应[15]。然而CVD工艺的复杂性与成本限制了其大规模应用。相比之下，以沥青为代表的热解碳路线虽成本低廉，但传统方法难以在包覆均匀性、厚度控制与界面结合强度三者间实现理想平衡。在碳中掺杂氮元素可进一步提升碳包覆SiOx[16]。此外，研究表明SiOx- 含5%沥青的Pitch-5材料虽然初始可逆容量较高，但20次循环后容量保持率仅为54.1%。虽然35%沥青含量提高了循环稳定性，但过厚的碳层会导致容量下降和振实密度显著降低[17]。这一困境凸显了开发新型复合工艺的紧迫性[18]-[26]。理想的解决方案应有效整合金属氧化物的界面改性能力与碳材料的导电和缓冲特性。在众多金属氧化物中，TiO2作为一种具有优异界面相容性的经济高效添加剂，已广泛应用于锂电池材料中[27][28][29]。首先，它可作为物理屏障隔离活性材料与电解质，从而减少活性锂的消耗。其次，在界面反应中作为牺牲剂，TiO2促进形成富含LiF的SEI膜，该膜具有优异的机械强度和快速离子传导动力学特性。同时，必须在宏观尺度上实现活性颗粒的均匀包覆、致密堆积及强界面结合，从而为高性能SiO负极的实际应用铺平道路。x阳极。 本研究优化并实现了一种独特的"液相砂磨-机械融合-固相退火"大规模制备路线，成功合成了高性能石墨负载SiOx@C-TiO2（GSSO@C-T）负极材料。具体步骤如下：首先，采用以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为高效分散剂的液相砂磨技术，有效抑制了纳米氧化硅颗粒的团聚现象，实现其在片状石墨碳基底上的均匀负载；同时，TiO2被引入用于改性，显著提高了电极/电解质界面的相容性；随后，通过机械融合法将低成本且储量丰富的沥青均匀涂覆在预载氧化硅/石墨颗粒的外层，形成二次造粒结构，有效减少了纳米硅颗粒在表面的直接暴露。关键的是，采用高温固态烧结工艺实现了材料内部的双重转变：内部的PVP热解转化为支撑性碳骨架，而外部的沥青则碳化为无定形碳层。该碳层与预先引入的TiO2形成一种具备优异机械强度和离子/电子导电性的TiO改性无定形碳复合涂层。所制备的GSSO@C-T电极在0.3 A g电流密度下循环200次后，仍保持约722.4 mAh g的高可逆容量%% 而相同条件下的GSSO@C电极仅维持569.4 mAh g的容量%% 此外，该电极仍保持约569 mAh g的可逆容量2即使在3 A g<sup>−1</sup>的高电流密度下经过2000次超长循环测试后−1此外，采用LiCoO<sub>2</sub>正极材料组装的软包全电池−1作为阴极的LCO||GSSO@C–T电池在0.5 C倍率下循环140次后容量保持率为77.5%。加速量热仪(ARC)测试表明，该电池在充放电过程中产热量更少且产热速率更低。−1该策略的三大核心优势在于：(1)融合液相与固相工艺，解决了大规模生产中纳米颗粒分散性与结构稳定性之间的固有矛盾；(2)采用高性价比原材料及可规模化机械加工，显著降低工艺复杂度与成本；(3)多功能TiO−1经改性的非晶碳涂层可有效解决体积膨胀问题，同时增强界面稳定性和电荷传输能力，从而制备出具有长期循环稳定性的硅基负极材料。−1. Additionally, pouch full battery assembled with LiCoO2 as the cathode (LCO||GSSO@C–T) exhibited a capacity retention of 77.5% after 140 cycles at 0.5 C. Accelerating rate calorimeter (ARC) tests revealed that the LCO||GSSO@C–T battery generated less heat and had a lower heat generation rate during charge/discharge processes. The key advantages of this strategy are threefold: (1) It merges liquid- and solid-phase processes to resolve the inherent conflict between nanoparticle dispersion and structural stability in large-scale production; (2) It employs cost-effective raw materials and scalable mechanical processing, significantly reducing complexity and cost; (3) The multifunctional TiO2–modified amorphous carbon coating effectively addresses volume expansion while enhancing interfacial stability and charge transfer, thereby enabling the production of silicon-based anodes with long-term cycling stability.
