硅基负极受限于循环中的大体积膨胀、应力累积与缓慢动力学，制约其实际应用寿命。多孔电极设计可缓解这些问题，但传统方法常依赖多步工艺或牺牲性造孔剂。因此，开发简单、可兼容浆料的应力调控策略具有重要意义。基于此，本文，苏州大学Qitao Shi、杨瑞枝 教授 团队在《Advanced Science》期刊发表名为”Elastic Graphene-Shell Architectures Enable Stress Regulation in High-Capacity Lithium-Ion Battery Electrodes”的论文（DOI: 10.1002/advs.78085），研究提出了一种以中空石墨烯壳球作为浆料兼容造孔添加剂的策略。该 SiOx/GS 复合电极将中空石墨烯壳（GS）球引入高容量 SiOx 负极，其空心尺寸由前驱体 SiO2 模板定义、内部空隙在浆料加工中直接形成。
此外，研究团队通过原子力显微镜（AFM）表征发现，单颗粒 GS 在小位移范围内呈现可恢复的局域响应（表观模量约 114 MPa），并在 200 MPa 压实后仍保持球形形貌，支撑其所提出的应力容纳作用，同时导电壳与多孔结构还有助于电子传输与电解液浸润。经测试，在 5–60–5 MPa 压力循环中，SiOx/GS 电极的厚度恢复指数达 4.18 个百分点（原始 SiOx 仅 1.24）；满锂时其面外厚度仅增加 15%（原始 SiOx 增加 94%）。该电极在 1.6 A g⁻¹ 下循环 400 圈后保留约 702 mAh g⁻¹，首效达 84.0%，并在 4.8 A g⁻¹ 高倍率下仍保持 507 mAh g⁻¹。本研究提出了一种简单、可兼容浆料的应力调控添加剂策略（中空石墨烯壳球），在容纳电极变形的同时保持电化学性能，并可推广至 SiOx/石墨、Si@C 与 NCM811 等多种体系，为高容量锂电电极设计提供了新思路。
图1、(a) Schematic of porous electrode incorporating GS spheres. (b) Mechanism of stress alleviation by GS spheres during lithiation. During lithiation, the expanding active material compresses the elastic spheres, which deform under pressure; upon delithiation, the spheres recover their structure, preserving structural integrity.(c) SEM, (d) TEM, and e HAADF images of GS, (e1–e3) EDS elemental mapping of GS. (f) High-resolution XPS spectra of C 1s and N 1s.
图6、Schematic interpretation of coupled GS effects in SiOx-based electrodes. a) Proposed local stress-accommodation process during lithiation and delithiation; the depicted spring-like motion is schematic. b) GS-containing electrode, showing preserved bulk connectivity and the higher relative LiF contribution observed after cycling. c) Pristine SiOx electrode, showing crack development and interfacial degradation.
本文开发了中空石墨烯壳球作为与浆料兼容的孔隙工程添加剂。在所测试的SiOx电极中，掺入GS可使面内厚度增加幅度更小、压力循环期间的恢复程度更高、拟合的界面电阻更低，并提高了容量保持率。在1.6 A g−1的电流密度下循环400次后，SiOx/GS电极保持了约702 mAh g−1的容量。在所测试的SiOx/G、Si@C和NCM811电极中也观察到了性能提升。这些结果证明，对于本文研究的电极体系而言，这是一种简单的应力调节添加剂策略。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.78085
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