锂离子电池作为当前最主流的能量存储技术，在推动新能源汽车和智能电子产品发展中发挥了不可替代的作用。为了实现更高的能量密度，科研界和工业界都集中力量攻克负极材料的性能瓶颈，硅负极因其理论容量高达3579 mAh g-1，远超传统石墨负极，成为极具潜力的替代者。然而，硅负极面临着巨大的体积膨胀问题，约300%以上的体积变化在反复锂化与去锂化过程中引发机械应力和结构毁坏，严重限制了其循环寿命和安全性。针对这一挑战，筛分孔设计的出现为硅负极的稳定使用和快速充放电提供了新思路和新方法。 筛分孔结构的核心在于其独特的纳米孔形态设计，这种设计包含了一种内层纳米孔体积和外层亚纳米尺度的孔口，能够巧妙承载硅在电池运行时的体积变化，同时通过孔口大小的筛分作用控制电解液渗透，诱导有利于固态电解质界面（SEI）形成的溶剂预脱溶剂化过程。这种结构不仅缓解了硅的机械变形风险，还优化了锂离子传输路径，兼顾了机械稳定性与电化学动力学，突破了传统硅负极设计中二者难以兼得的困境。
通过化学气相沉积（CVD）技术，开发人员实现了在多孔碳支撑体内沉积非晶硅，再通过控制乙炔气体分解在孔口处沉积碳层，精准形成了筛分孔结构。这一工艺不仅保证了硅均匀分布在孔隙空间，避免了表面硅暴露引发副反应，还有效锁定了孔体空间，为硅提供了足够的缓冲位置以承受锂化带来的膨胀。碳层的亚纳米尺度孔口则实现对溶剂分子的筛选，促使锂离子在进入孔径时进行部分脱溶剂化，从而改变硅界面上的溶剂环境，形成富含无机成分如氟化锂（LiF）的坚固SEI层，极大减少了有机成分SEI带来的副反应和界面电阻。 这种筛分孔带来的优势还体现在对锂硅合金相的调控上。传统硅负极在深度锂化过程中容易生成晶体相Li15Si4，此相的形成伴随着较大的体积应力和电化学不可逆反应，会加剧硅颗粒的破裂和容量衰减。筛分孔结构通过机械界面效应将纳米硅与无机SEI层及碳支撑紧密结合，形成强有力的机械约束，利用应力-电压耦合效应抑制晶体相Li15Si4的生成，显著提升电极整体的循环稳定性和容量保持率。
从电化学性能来看，采用筛分孔结构的硅负极展现出极高的初始库伦效率（超过93％），循环库伦效率稳定在99.9％，在高质量负载（约4 mAh cm-2）下实现了低达58％的体积膨胀，远优于传统开放多孔结构和封闭孔结构。此外，该类硅负极还能实现快速充电性能，在10分钟内完成充电且保持80%以上的容量保留，为实际应用提供了强有力的技术保障。 从微观结构和表征技术角度，采用小角X射线散射（SAXS）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）和电子能量损失谱（EELS）揭示了筛分孔内无机丰富的SEI分布和硅纳米颗粒结构完整性。特别是通过分子核磁共振（NMR）和拉曼光谱分析，验证了纳米孔对溶剂分子和离子溶剂化壳层的筛分作用，有助于形成稳定且高速锂传输的界面环境。 此外，有限元模拟结合实验验证了筛分孔结构在锂化过程中的应力分布，明确了无机SEI层与碳支撑之间机械约束对于防止硅颗粒粉化的关键作用，同时解析了应力对合金化电位的影响机制，证实了筛分孔设计的力学与电化学协同调控优势。 将筛分孔硅负极组合到全电池体系中，尤其是与高镍三元正极材料配合的实用电池单元，实现了长寿命（超过1700个充放电周期容量保持80%以上）、高能量密度以及快速充电等多重性能指标，有效突破了硅负极商业化进程中的关键技术障碍。
同时，该材料及工艺具备良好的规模化制造潜力，方便工业化推广应用。 未来，筛分孔结构的进一步优化可从调控孔径大小、孔体分布均匀性、碳层厚度和材料组合方式等多个维度入手，推动硅电极性能迈向更高层次。与此同时，结合电解质体系的设计，诸如高浓度盐电解质、添加剂工程等，有望进一步提升界面稳定性和离子传输效率，实现全方位的电池性能提升。 筛分孔设计为解决硅负极材料在高能量密度锂离子电池中的稳定性与动力学矛盾提供了创新路径。其机械和化学两方面的协同作用，填补了技术空白并开辟了新的研发方向。随着相关研究的深入开展和产业链上下游的联动配合，筛分孔技术有望成为未来高容量硅基负极电池的核心竞争力，推动电池行业向绿色、高效和智能制造迈进。
锂电领域专家和从业者应密切关注该技术的发展趋势，积极探索其在多种电池应用场景中的潜力与适配路径，进一步推动能源技术的创新升级。
