近日，我院纳米所张海娇团队在纳米领域的国际知名期刊《ACS Nano》上发表题为“Liquid Metal‑Induced Self‑Healing Interface and 3D Porous Configuration Enable a High‑Performance Si/Carbon Anode for Lithium‑Ion Storage”的研究论文。

硅基材料凭借其极高的理论比容量、适宜的工作电位及丰富的自然储量，被视为下一代高能量密度负极的理想选择。然而，其充放电过程中高达300%的体积膨胀率，易引发电极开裂、界面失稳及循环寿命锐减等问题，成为制约商业化应用的核心痛点。镓基液态金属（GaIn LMs）因其高导电性和动态自适应能力，被视为优化硅基电极的关键功能材料；但传统制备工艺难以避免大尺寸颗粒的生成，严重限制了锂离子的有效扩散，这一瓶颈亟待突破。

鉴于此，研究团队创新性地引入镓铟液态金属，通过冷冻干燥和热还原工艺，结合双碳前驱体策略，成功构筑了三维贯通的优异导电网络，实现了硅纳米颗粒在液态金属修饰的多孔碳框架中的均匀封装，获得了具有“自修复”能力的硅碳复合锂离子电池负极材料（GaIn‑Si@PCC）。主要创新体现在：1）应力自适应与界面自修复：包裹于硅颗粒表面的GaIn液态金属在循环中发生塑性变形，动态缓冲体积膨胀应力，并能即时修复电极裂纹，与多孔碳骨架协同，显著提高了电极材料的界面稳定性和结构完整性；2）离子传输与界面协同优化：理论计算表明，GaIn组分可优化锂离子的吸附与扩散能垒。液态金属与碳网络形成的高效连续导电通路，协同提升了电荷传输动力学，并引导形成了稳定且兼具高离子电导率的富无机相的固态电解质膜。

得益于上述设计，GaIn‑Si@PCC负极材料展现出优异的储锂性能，不仅具有高的首次库仑效率，在长循环中也表现出卓越的稳定性。将其与商用高容量正极NCM811匹配组装的全电池，在0.5 C倍率下循环100次后，容量保持率高达86.8%。该研究通过“机械缓冲—界面自愈—传输协同”的巧妙设计，为攻克硅基负极的体积膨胀与界面不稳定难题提供了切实可行的材料解决方案，对推动高能量密度锂离子电池的发展具有重要意义。

我校博士生程钟灵为本文第一作者，张海娇教授为通讯作者，上海大学为第一完成单位和唯一通讯单位。该研究获得了上海市科委科技创新行动计划、国家及上海市重点实验室开放课题等项目的支持，并得到了岛津企业管理(中国)有限公司刘仁威博士的帮助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c17891