硅基负极的产业化进程面临双重核心难题。从结构稳定性来看，硅在锂嵌入/脱嵌过程中剧烈的体积变化会导致电极粉化、活性物质脱落，同时持续破坏固体电解质界面（SEI）膜，造成循环性能急剧衰减。从能量利用效率来看，硅表面易形成氧化层，且首次充放电过程中存在大量不可逆锂损失，导致传统硅碳复合材料首次库仑效率普遍低于90%，显著降低电池能量密度。

为解决上述问题，行业内提出的预锂化技术虽能弥补锂损失，但普遍存在成本高昂、空气敏感性强、安全性差等缺陷。而单纯的多孔石墨基体虽能通过孔隙结构缓冲体积膨胀，却难以实现锂的有效调控与稳定存储，如何在提升首效与确保材料空气稳定性之间建立平衡，成为领域内的关键科学问题。

针对上述瓶颈，张涛研究员与孙壮副研究员团队提出“微刻碳”技术创新方案，通过金属辅助刻蚀策略制备具有丰富锂官能团的多孔石墨基体，再与纳米硅复合构建富锂硅碳负极材料，该成果以“Lithium Pre-Storage Enables High Initial Coulombic Efficiency and Stable Lithium-Enriched Silicon/Graphite Anode”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊，为高比能硅基负极开发提供了全新思路。

该技术的核心创新在于两点：其一，“微刻碳”技术通过定向催化刻蚀，可精准调控多孔石墨的孔结构、比表面积与表面化学特性，既为纳米硅提供稳定负载空间，又构建高效离子传输通道，解决了传统多孔碳孔径过小导致硅沉积不均的问题。其二，富锂多孔石墨与纳米硅在高温下形成独特的O-Li-Si微结构，通过Li-Si化学键实现硅颗粒的原位预锂化，同时利用O和Si对Li的强束缚作用抑制锂解离，使材料可在空气环境中稳定保存，突破了传统预锂化材料的存储限制。

DFT理论计算与电化学测试证实了该结构的优异性能：在充放电过程中，O-Li-Si微结构会发生动态调整，锂解离能随嵌锂过程显著下降，实现锂的高效脱出，使硅碳材料首次库仑效率从87%跃升至116%，远超传统材料水平。这一突破不仅解决了不可逆锂损失问题，更通过结构设计实现了“预储锂-稳存储-高效释锂”的闭环，为高比能电池应用奠定基础。

兼具高首效和高稳定性的富锂硅碳材料

2026年3月20日，由硅碳之家主办的“2026安徽第二届CVD硅碳负极材料大会”将在安徽合肥滨湖富茂大饭店举办，届时中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员 孙壮，将分享《面向高比能电池的多孔石墨基硅负极材料开发》主题报告。