锂离子电池（LIBs）因其卓越的能量密度、低自放电率、环保性能和长循环寿命而备受关注[1,2]。然而，商用石墨的比容量仅为372 mA h g−1，无法满足高能量密度锂离子电池的需求。在各种阳极材料中，基于硅的材料因其天然丰富性、优异的容量和较低的锂插入电压而受到极大关注[3,4]。尽管具有这些优势，硅阳极仍面临两个关键挑战：首先，锂合金化过程中显著的体积膨胀会导致不稳定的SEI（固体电解质界面）形成和电极粉化，从而影响循环稳定性；其次，硅本身的导电性较差，导致高倍率性能不佳。克服这些根本性问题对于实现基于硅的材料在锂离子电池中的进一步商业化应用至关重要[5]。
纳米晶化[6, [7], [8]和多孔结构工程[9, [10], [11], [12]已被证明是有效应对硅体积膨胀、提升其电化学性能的方法。然而，硅仍易与六氟磷酸锂发生反应，生成Li2SiF3，这会导致锂耗尽和SEI分解。加入合适的保护层可以有效抑制这些不良反应并提高稳定性。过渡金属氧化物（TMOs）[13, [14], [15]和碳化硅[16,17]，尤其是氧化硅[18, [19], [20], [21]，被认为是有效的保护层，可以防止这些副反应的影响。一方面，氧化硅可以与六氟磷酸锂反应生成硅酸盐，防止硅被电解质腐蚀；另一方面，保护层可以作为柔性屏障，缓解体积膨胀。然而，氧化硅的导电性较差，无法显著提升硅的反应动力学。
基于碳的材料[22, [23], [24], [25], [26]因其优异的导电性、机械柔韧性和广泛可用性而被用于加速硅阳极的反应动力学。实际上，碳层的结构设计在提高硅导电性和缓解体积膨胀方面起着关键作用。为了提高硅阳极的循环稳定性和倍率性能，研究人员研究了多种碳结构，包括多孔结构[27, [28], [29], [30]、中空结构[31, [32], [33]、三维球形结构[34, [35], [36]以及网络结构[37, [38], [39]]。例如，Dan等人制备了一种纳米结构化的硅/多孔碳球形复合材料，表现出优异的循环稳定性和倍率性能[40]；Wang等人提出了一种具有核壳结构的硅/碳复合材料，实现了稳定的高容量[41]。然而，仅使用碳材料提升的循环稳定性和倍率性能仍然有限。因此，设计具有双层或多层碳网络的基于硅的材料在提高锂离子电池性能方面具有巨大潜力。
在本研究中，设计了一种独特的基于硅的复合材料（Si@SiOx/C@C），其内部具有保护性的SiOx层，外部具有双层碳结构。Si颗粒表面的SiOx层减少了电解质与硅颗粒之间的副反应，并起到缓冲作用。独特的花蕊状结构和双层碳结构像柔软的护套一样，能够适应硅体积的变化，保证电极材料的结构稳定性。此外，双层碳结构有助于离子和电子的传输，从而提升硅的反应动力学。结果表明，这种Si@SiOx/C@C复合阳极在半电池测试中表现出优异的性能：在1 A g−1的电流密度下经过200次循环后放电容量仍为988 mA h g−1，在2 A g−1的电流密度下经过500次循环后放电容量仍为814 mA h g−1；在高倍率（5 A g−1−1。此外，在100次循环后，与LiFePO4正极组成的全电池的可逆容量仍保持在130 mA h g−1。这种独特的花蕊状结构和双层碳结构为高性能硅阳极在锂离子电池中的实际应用提供了新的设计思路。
