锂离子电池硅_碳复合负极材料的研究进展_张瑛洁

毒无害的小麦衍生碳( Wh) 作为碳源,与硅、石墨进行球磨及
后续热处理,制得 GSiWh 复合材料。 石墨具有很高的振实密
度、导电性和机械强度,小麦衍生的无定形碳改善了硅与石
墨之间的物理和电相互作用。 在 200 kV 加速电压下的透射
电子显微镜( TEM) 和高角环形暗场像( HAAD) 分析证实,与
相沉积法、溶胶-凝胶法、基质诱导凝固法、热解法、原位聚合
法和喷雾干燥法等。 这些技术制备的碳层可以缓冲硅的体
积膨胀,且无定型碳包覆层具有较大的比表面积,能在电极
与电解液之间提供更大的接触面积,加速 Li 的传输
+
Q. Xu 等
[11]
[10]
。
受西瓜形貌的启发,通过喷雾干燥和化学气
相沉积法( CVD) 工艺,合成 Si / C 复合材料。 首先,将硅纳米
颗粒( SiNPs) 与聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 、葡萄糖和羧甲基纤
维素( CMC) 水溶液混合,超声波处理 2 h;再与片状石墨球磨
系人;
丰小华(1995-) ,男,山西人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院硕士生,研究方向:化学电源材料;
张林森(1979-) ,男,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院教授,研究方向:化学电源材料;
陈 冰(2000-) ,女,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院本科生,研究方向:新能源材料与器件。
( School of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou,Henan 450002,China )
Abstract: Research progress in preparation method, structural characteristics and lithium storage performance was reviewed for

锂离子电池负极硅碳复合材料的研究进展鲁豪祺;林少雄;陈伟伦;刘巧云;罗昱;张五星【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2018(007)004【摘要】硅基负极材料具有比容量高、电压平台低、环境友好、资源丰富等优点,有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池.但是硅的导电性较差,且在充放电过程中存在巨大的体积效应,极易导致电极极化、材料粉化、SEI膜重构、库仑效率低和容量持续衰减.硅和碳复合能很好地综合两者的优势,形成结构稳定、循环性好及容量高的负极材料.本文从不同维度的硅(SiNPs、SiNTs/ SiNWs、SiNFs、Bulk Si)与碳复合这一角度,综述了硅碳复合材料在结构设计、制备工艺、电化学性能等方面的最新研究进展,并对未来的硅碳复合材料的研究工作进行了展望.【总页数】12页(P595-606)【作者】鲁豪祺;林少雄;陈伟伦;刘巧云;罗昱;张五星【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074;国轩高科股份有限公司工程研究总院,安徽合肥 230011;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TM911【相关文献】1.锂离子电池负极硅/碳复合材料的制备及其性能研究 [J], 魏来;刘开宇;李艳;吕美玉;钟剑剑2.硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展 [J], 瞿诗鹏3.锂离子电池中硅负极材料的研究进展 [J], 佟小萌4.锂离子电池硅负极材料的改性研究进展 [J], 杜子胜;王江林;任晴晴5.基于中空核壳结构的锂离子电池硅碳负极材料研究进展 [J], 陈鑫洪;张雪茹;张勇;吴玉程因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

硅-碳复合材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究硅/碳复合材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究摘要：锂离子电池作为一种高效、轻型、高能量密度的储能装置，日益广泛应用于移动通讯、电动车辆等领域。

然而，锂离子电池中负极材料的性能仍然限制了其长期使用。

硅材料作为一种有望替代传统石墨材料的负极材料，其高电容量和较负石墨的更高充放电速率，使其成为研究的热点。

然而，硅的容量膨胀和体积变化问题严重影响了其在锂离子电池中的应用。

为了解决这一问题，许多研究人员开始制备硅/碳复合材料，并将其应用于锂离子电池中。

1. 硅/碳复合材料的制备方法1.1 化学还原法1.2 电化学沉积法1.3 气相沉积法1.4 溶胶-凝胶法2. 硅/碳复合材料的结构特性2.1 硅纳米颗粒尺寸和形貌2.2 碳包覆层的厚度和均匀性2.3 硅/碳复合材料的晶体结构3. 硅/碳复合材料在锂离子电池中的应用3.1 提高电容量3.2 改善循环稳定性3.3 提高倍率性能3.4 减少体积膨胀4. 硅/碳复合材料的制备及应用研究进展4.1 硅/碳复合材料在锂离子电池中的性能优化4.2 硅/碳复合材料的应用前景展望总结：硅/碳复合材料作为一种有潜力的负极材料，具有高电容量、较好的循环稳定性和倍率性能，以及减少体积膨胀的优势。

通过不同的制备方法，可以得到具有不同结构特性的硅/碳复合材料。

未来的研究应集中在进一步提高硅/碳复合材料的容量和稳定性，提高其循环寿命和倍率性能，以实现其在锂离子电池中的更广泛应用硅/碳复合材料作为一种有潜力的负极材料，在解决硅的容量膨胀和体积变化问题上取得了显著进展。

不同制备方法可以得到具有不同结构特性的硅/碳复合材料，这些特性包括硅纳米颗粒尺寸和形貌、碳包覆层的厚度和均匀性以及硅/碳复合材料的晶体结构等。

在锂离子电池中的应用中，硅/碳复合材料能够提高电容量并改善循环稳定性、倍率性能以及减少体积膨胀。

未来的研究应集中在进一步提高硅/碳复合材料的容量和稳定性，提高其循环寿命和倍率性能，以实现其在锂离子电池中的更广泛应用。

第６ ３卷
第 ２期
有 色 金 属
Ｎｏ ｆ Ｉｏ ｓ Ｍ ｅ ａｓ ｎｅｒｎ ｔｉ
Ｖｏ ． ３ ．Ｎ ． １６ Ｏ ２
Ｍ ａ ２ ０ １ ｖ １
２ ０ １ 年 ５ 月 １
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ １—０ １ ． ０ １ ０ ． ３ ｓ ２ １２ １． ２ ０ ５
下 优 点 ： 容 量 高 （ ０ ～４ ０ 比 ２０ ０ ｍＡｈ ｇ 电 极 电 位 低 ／ ），
１ 中 间相 碳 微 球
虽 然 中间相 碳 微 球 的 制备 和应 用 开 始 于 ２ ０世
纪 ６ ７ ０～ ０年 代 ， 但直 到 ２ Ｏ世纪 ９ ０年 代才 有 在锂 离
子 电池 中应 用 的 文 献 报 道 。 １９ ９ ２年 Ｙ ｍａｒ 等 ａ ｕａＪ
关 键 词 ： 机 非 金 属 材 料 ； 离 子 电池 ； 述 ； 无 锂 综 负极 材 料 ； 然 石 墨 表 面 改性 天
中 图 分 类 号 ： Ｍ １ ． 文 献 标 识码 ： 文 章 编 号 ： ０ — ２ １ ２ １ ）２ ０４ ０ ９ １３ Ｆ Ａ １ １ ０ １ （０ １ ０ —Байду номын сангаас１７— ５ ０
锂 离 子 电池 碳 负 极 材 料 研 究 进 展
孙 学 亮 ， 秀娟 ， 秦 卜立敏 ， 吴 伟
（ 山大 学 环境 与化 学 工程 学 院 ， 燕 河北 秦 皇 岛 ０ ６ ０ ） ６ ０ ４
摘 要 ： 综述锂离子电池碳负极材料的研究进展 ， 主要包括 中间相碳 微球 、 天然石 墨、 无定形 碳负极材料 以及 天然石墨 表面
（＜１ ０ Ｓ ｉ／ ｉ ， ． Ｖ Ｖ Ｌ ） 循环 效 率 高 （＞９ ％ ） 循 环 寿 Ｌ ５ ，

锂离子电池硅碳复合负极材料研究进展曹志颖;孙红亮;杨亚洲;孙俊才【摘要】Si/C composites which have high capacity and low discharge potential have been investigated as possible substitute for the commercial graphite or carbon anode.Recent years,Si/C composites materials as anodes for lithium-ion batteries were focused by manyresearchers.Different methods and materials have significant impact on the properties of Si/C composites.The recent progress of Si/C composites materials was summarized according to the classification of carbon materials.Furthermore,this paper discussed the rasearch trend of Si/C composites as anodes for lithium-ion batteries.%硅碳负极材料具有最高的储锂容量和较低的电压平台,有望成为替代商业化石墨或碳负极的材料.关于硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究是近年来该领域的研究热点.不同的实验方法和原料都会对复合材料的性能产生重要的影响.按碳材料的分类综述了近几年关于硅碳复合材料的研究进展,并重点介绍了材料的制备方法及其优缺点.此外,还初步讨论了硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究趋势.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】3页(P722-724)【关键词】锂离子电池;负极材料;硅碳复合材料;缓冲基体【作者】曹志颖;孙红亮;杨亚洲;孙俊才【作者单位】大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院,辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TM912.9随着环境问题的日益严重、化石能源的衰竭及各种便携电子产品和电动汽车的广泛应用和迅速发展，对化学能源的需求及性能要求也在不断提高。

专利名称：一种锂离子电池碳负极材料的制备方法专利类型：发明专利
发明人：张玲洁,王小琳
申请号：CN202011288503.5
申请日：20201117
公开号：CN112537765A
公开日：
20210323
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及电池负极材料制备，旨在提供一种锂离子电池碳负极材料的制备方法。

具体包括：将新鲜花生壳冷冻干燥，得到干燥花生壳；在200℃的液体石蜡中浸渍，取出后甩干，得到初步重构的花生壳；在100℃蓖麻油酸中浸渍，取出甩干；然后浸入双氧水溶液中水热处理，得到第二次重构的花生壳；研磨后与三氟苯磺酸钠混合均匀；将混合物在氮气保护下灼烧；冷却至室温后，得到锂离子电池碳负极材料。

本发明所得负极材料具有高的充放电循环稳定性，是一种来源广泛且成本较低的碳负极材料。

制备的碳负极材料的充放电次数可达到10000次以上，同时也开拓了新的锂离子电池制备工艺。

申请人：浙江大学自贡创新中心
地址：643000 四川省自贡市高新工业园区金川路69号
国籍：CN
代理机构：杭州中成专利事务所有限公司
代理人：周世骏
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,
,
、
循 环 性能 差 等 问 题
2
本
文 采 用 高 温 固 相 法制 备 了硅铝 ; 碳铿 离 子 电 池 负 的 比 容 量 远 高
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于 目 前 铿 离 子 电池 普 遍 使 用 的 中 间相碳微 球 循 环 寿 命则 优 于 同粒度 的 硅 单体 为活性 中 心 的 硅
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2
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2
3,
− Ι 本身 的 摩 尔 质 量 大 属 于 非 嵌 铿 材 料 因 此 在 一 定程 度 上 削 弱 了 硅 基 材 料 比 容 量 高 的优 势 此 外 3 , − Ι 材 料 本身 属 于 电子 导 体 不具 有 离 子 导 电性 因 此 容 易产 生 屏 蔽
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2
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材 料 的 研 究 十分 活 跃 受瞩 目
,
・
5 单 质 硅 因具 有 很 高 的储铿 容量 8 Χ

高容量硅／碳复合材料在锂离子电池负极中的研究【摘要】锂离子电池正得到越来越广泛的应用，已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。

目前，锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论储锂容量较低（石墨为372mAh/g），因此开发新型高性能负极材料已成为当前的研究热点。

本文采用高比容量的硅为主要活性体，采用体积效应小、循环稳定性好的碳为载体，通过高温热解以及水热等方法制备了新型的硅/碳复合材料，并对其电化学性能进行了研究。

复合材料电极电化学测试显示，循环30次其可逆容量仍保持在600mAh/g以上。

优异的电化学性能主要归因于纳米硅颗粒处于无定形碳基体中对其体积变化具有良好的缓冲作用及纳米硅周围的石墨类碳相对于导电性的改善。

【关键词】锂离子电池；负极材料；硅/碳复合材料；高温热解；水热当今社会，信息、能源和新材料在全球范围内成为重要的发展方向和支柱产业。

在社会不断进步的同时，能源和环境问题已成为可持续发展的关键。

伴随着全球逐渐减少的不可再生能源和日益严峻的环境问题，新能源的开发和应用刻不容缓。

化学电源具有能量转换效率高、能量密度高、无噪声污染、可随意组合，随意移动等特点[1-3]。

随着电子和信息产业的快速发展，移动通讯、数字处理机、便携式计算机得到了广泛应用，空间技术的发展和国防装备的需求以及电动汽车的研制和开发对化学电源特别是高能二次电池的需求迅速增长[4-11]。

目前使用的二次电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。

由于锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染以及自放电率小等优点[12,13]，其应用越来越广泛。

锂离子电池负极材料方面，石墨类碳材料由于其良好的循环稳定性，理想的充放电平台和目前最高的性价比，仍是未来一段时间内锂离子电池的首选负极材料。

但是碳材料的充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。

因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极具迫切性。

锂离子电池锡碳复合负极材料的研究进展锂离子电池锡碳复合负极材料的研究进展合金材料具有高容量高密度的优势，它在锂化过程中产生较大的体积膨胀，易开裂粉化，活性物质内部丧失电接触，电极容量衰减迅速。

纳米复合结构是提高合金负极材料循环稳定性的有效途径。

随着社会科技的发展，人们增加了对高比能量、高功率、长循环寿命锂离子电池的需求。

负极材料对于锂离子电池性能的提高具有重要作用。

目前石墨类负极材料的比容量约为330～350 mAh/g，无法满足人们对高容量电极的需求。

锡基合金材料以高比能量(994 mAh/g)、高倍率、高安全性等特点，引起了人们的广泛关注。

但合金材料在脱嵌锂反应时产生较大的体积膨胀收缩，电极材料易开裂粉化，活性物质内部丧失电接触，导致材料电化学性能恶化。

纳米复合结构是提高合金负极材料循环稳定性的有效途径。

本文综述了Sn 基合金/ 碳复合负极材料的研究进展，指出纳米合金/ 碳复合结构是提高Sn 基合金负极循环性能的有效手段。

1 锡基合金负极材料的研究方法为了提高合金负极材料的循环性能，目前主要采用以下方法：（1）纳米合金，利用纳米材料的超塑性释放锂化过程产生的应力，从而减少粉化，提高锂化反应可逆性；（2）金属间化合物，包括活性金属与活性或非活性金属复合，利用不同活性金属之间的锂化电位不同而互为基体，或非活性金属作为基体来缓冲体积膨胀；（3）合金- 碳复合材料，利用碳材料的高弹性缓冲合金锂化时的体积膨胀，提高合金颗粒的电接触，为锂离子和电子提供扩散通道。

由于纳米Sn 基合金- 碳复合材料同时具有金属Sn 的高容量和碳材料的稳定性，是较有发展前景的高容量负极材料。

2 锡基合金- 碳复合负极材料的研究2.1 Sn- C 复合材料采用高能球磨法可简单制备Sn-C 复合材料。

Wang G.采用高能球磨法制备了Sn-C 复合材料，球磨后的锡颗粒为15～20 nm，石墨球磨后结晶度降低甚至变为无定型，锡与石墨的基体紧密结合，有利于锂离子的扩散和缓解体积膨胀。

第４９卷第１期２０２０年１月应㊀用㊀化㊀工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.４９Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２０收稿日期:２０１９￣０７￣２７㊀㊀修改稿日期:２０１９￣０８￣２２基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１８０４０４４)作者简介:黄玥(１９９２－)ꎬ女ꎬ湖北孝感人ꎬ长江大学在读硕士生ꎬ师从许明标教授ꎬ主要从事锂离子电池硅碳负极材料方面研究ꎮ电话:１８０８６４５７３２２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｃｅｉｌｉｎｇｋｉｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍ通讯联系人:许明标(１９６２－)ꎬ男ꎬ湖北潜江人ꎬ教授ꎬ博士ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｘｍｂ６２＠１６３.ｃｏｍ锂离子电池硅碳复合负极材料结构设计与研究进展黄玥１ꎬ徐鹏１ꎬ张旭红２ꎬ王鼎１ꎬ许明标１(１.长江大学石油工程学院ꎬ湖北武汉㊀４３０１００ꎻ２.荆州嘉华科技有限公司ꎬ湖北荆州㊀４３４０００)摘㊀要:综述了锂离子电池(ＬＩＢｓ)中使用的硅/碳(Ｓｉ/Ｃ)复合负极材料的最新研究进展ꎬ从结构设计原理㊁材料合成方法㊁形态特征和电化学性能方面进行了总结ꎬ并分析了各种结构设计对改善性能的作用机理ꎮ讨论并提出了合理的Ｓｉ/Ｃ负极材料结构设计以实现商业化的其余挑战和前景ꎮ关键词:锂离子电池ꎻ硅/碳负极ꎻ结构设计中图分类号:ＴＱ１５２ꎻＴＭ９１２.６㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７１－３２０６(２０２０)０１－０１８５－０５Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｉｌｉｃｏｎ/ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓＨＵＡＮＧＹｕｅ１ꎬＸＵＰｅｎｇ１ꎬＺＨＡＮＧＸｕ￣ｈｏｎｇ２ꎬＷＡＮＧＤｉｎｇ１ꎬＸＵＭｉｎｇ￣ｂｉａｏ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈａｎ４３０１００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＪｉｎｇｚｈｏｕＪｉａｈｕａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＪｉｎｇｚｈｏｕ４３４０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｌａｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎ/ｃａｒｂｏｎ(Ｓｉ/Ｃ)ａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｉｎｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ(ＬＩＢｓ)ꎬａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓꎬｍａｔｅｒｉａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈ￣ｏｄｓꎬｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｅａｃｈｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｃ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.ＴｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｃｈａｌｌｅｎｇｅｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｒａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆＳｉ/Ｃａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙꎻｓｉｌｉｃｏｎ/ｃａｒｂｏｎａｎｏｄｅꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ㊀㊀在过去的２０年里ꎬ锂离子电池(ＬＩＢｓ)已经成功地主导了便携式电子市场ꎬ并为汽车电动化展示了巨大的前景ꎮ该技术发展迅速ꎬ能量密度以每年７％~１０％的速度提高ꎮ然而ꎬ仍然远远低于电动汽车的特殊能量要求[１]ꎮ石墨作为商用锂电池的负极材料ꎬ其理论比容量已接近３７２ｍＡｈ/ｇꎬ只能提供约１５０Ｗｈ/ｋｇ的比能量ꎬ不足以满足电动汽车对媲美燃油车的比能量的要求ꎮ此外ꎬ目前我国«节能与新能源汽车技术路线图»规定ꎬ到２０２０年电动汽车的比能量目标必须达到３５０Ｗｈ/ｋｇ[２]ꎮ因此ꎬ新型负极材料的研究和开发是高性能锂电池应用的迫切需要ꎮＳｉ/Ｃ复合材料由于其超高理论比容量和高导电性有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料ꎬ其结构设计的选择及其综合性能突破已成为国内外研究工作者及诸多企业的首要目标ꎮ本文从基础科学的角度和工业的角度总结了硅碳负极材料的最新研究进展ꎬ主要涵盖了硅碳复合材料的结构设计㊁合成路线和电化学性能ꎮ１㊀硅/碳复合负极材料研究现状Ｓｉ具有超高的理论比容量３５９０ｍＡｈ/ｇ(基于完全合金化形式的Ｌｉ１５Ｓｉ４)和较高的工作电压(~０.４Ｖｖｓ.Ｌｉ/Ｌｉ＋)被认为是最有希望替代商业用石墨的负极之一ꎬ且资源丰富ꎬ环境友好[３]ꎮ然而ꎬ目前Ｓｉ负极的实际应用受到多重阻碍ꎮ主要原因是Ｓｉ在完全脱锂后体积变化较大(约３００％)ꎬ在反复的嵌锂/脱锂过程中产生膨胀/收缩应力ꎬ导致Ｓｉ材料发生严重断裂[４]ꎮ这导致Ｓｉ表面形成不稳定的固体电解质界面膜(ＳＥＩ)ꎬ不断消耗电解质ꎬ从而导致快速的不可逆容量损失和较低的初始库仑效率ꎮ此外ꎬＳｉ固有的低电导率(１０－５~１０－３Ｓ/ｃｍ)和低锂离子扩散系数(１０－１４~１０－１３ｃｍ２/ｓ)ꎬ也显著影响Ｓｉ电极的倍率性能和库伦效率[５]ꎮ这些问题必应用化工第４９卷须在硅电极的实际应用之前得到解决ꎮ在过去的几十年里ꎬ人们致力于提高硅基负极材料的电化学性能ꎮ通常是将硅的颗粒尺寸减小到纳米级或者具有非晶结构特征时ꎬ这样可以释放由于体积变化过大而引起的结构应力[６]ꎮ然而ꎬ纳米硅颗粒具有较大的表面能ꎬ容易发生团聚从而导致容量的衰减ꎬ从而抵消了纳米颗粒的优势ꎮ除此之外ꎬ仅通过Ｓｉ纳米化对导电性差的问题也无明显改善ꎮ因此ꎬ将Ｓｉ与其他材料通过合适的制备方法进行复合得到硅基复合材料ꎬ利用其他材料的物理特性来改善单质硅的电化学性能ꎮ其中ꎬ较为理想的方法是将纳米硅颗粒与结构稳定且导电性能优异的基体材料复合ꎬ在充分发挥硅材料高容量的同时ꎬ用基体材料缓解硅的体积膨胀效应并提供电子和锂离子的传输通道ꎮ硅基复合材料是高容量锂离子电池负极材料的重要发展方向ꎬ目前大量的研究工作集中在硅/金属复合材料ꎬ硅/碳复合材料以及二者的有效结合上[７]ꎮ目前ꎬ无论惰性金属还是活性金属作为基体材料与硅复合ꎬ对整体电极的循环稳定性提升的效果均不明显ꎬ且大部分金属的价格较高ꎮ碳类材料具有优异的柔韧性㊁导电性㊁机械强度和循环稳定性ꎬ且来源丰富㊁成本低ꎮ大量研究工作表明ꎬ石墨㊁碳纳米管㊁石墨烯和氧化石墨烯等碳材料ꎬ均可以通过不同制备方法与硅复合ꎬ有效地缓解硅的体积膨胀效应ꎬ并提高锂离子和电子导通性ꎬ有效改善其电化学性能[８]ꎮ因此ꎬ硅/碳复合材料一直是硅基复合材料的主要研究方向ꎮ２㊀硅/碳复合负极材料结构设计硅/碳复合材料通常是在各种硅源和碳源的基础上通过高温烧结处理制备而成ꎮ硅碳耦合可以实现硅的高比容量与碳的高导电性的良好结合ꎬ减小硅在循环时体积变化ꎬ有利于保持电极结构的完整性[９]ꎮ基于Ｓｉ/Ｃ复合负极材料的结构一般分为四类ꎬ即核壳结构㊁蛋黄结构㊁多孔型结构和嵌入型结构等ꎮ２.１㊀核壳结构在研究初期ꎬ硅和碳源的复合手段非常有限ꎬ主要是将Ｓｉ粉和各种碳质材料混合然后通过球磨的方式获得包覆型Ｓｉ/Ｃ复合材料ꎮ采用导电碳壳层完全包覆固体硅芯ꎬ合成了核壳Ｓｉ/Ｃ复合材料ꎮ核壳结构具有以下优点:①提高了电子导电性ꎻ②提供机械支撑ꎬ以适应锂嵌入/脱出过程中Ｓｉ的体积膨胀ꎻ③隔离Ｓｉ与电解液ꎬ从而减少与电解液副反应的发生稳定ＳＥＩ膜ꎬ提高首次库伦效率ꎮ碳材料中氮掺杂可以进一步提高导电性能和储能能力[１０]ꎮ因此ꎬ采用氮掺杂石墨烯基材料包覆纳米硅将提高硅/碳复合材料的电化学性能ꎮ二维碳材料在改善锂离子电池硅基负极电化学性能方面具有很大的优越性ꎮＭｕ等[１１]以柠檬酸㊁三聚氰胺和ＳｉＮＨ２为原料ꎬ通过羧基和氨基之间的自组装ꎬ合成了一种石墨烯结构的富氮碳硅复合材料(ＮＲＣ/Ｓｉ)ꎮ具有二维结构的ＮＲＣ/Ｓｉ复合材料能够有效地缓冲硅材料在循环过程中的体积变化ꎮ同时ꎬ富氮的掺杂提高了材料的电子导电性ꎬ有利于充放电过程中的电荷转移ꎮＮＲＣ/Ｓｉ作为锂离子电池的负极材料ꎬ具有良好的循环稳定性和倍率性能ꎬ在２Ａ/ｇ和５Ａ/ｇ的电流密度下循环３００次后分别保持有１０００ｍＡｈ/ｇ和５７２ｍＡｈ/ｇ的可逆容量ꎮ此外ꎬＮＲＣ/Ｓｉ复合材料的合成方法具有成本效益高㊁环境友好㊁工业可扩展性强等优点ꎬ是制备高性能锂离子电池负极材料的理想方法ꎮＳｕ等[１２]通过两步原位碳包覆法ꎬ将纳米硅粉和酚醛树脂分散到氧化石墨烯悬浮液中高温热解制备出硅/碳/氧化石墨烯复合材料ꎬ该复合材料在不同电流密度下均具有较高的充电容量ꎬ并表现出良好的倍率性能ꎮＨｅ等[１３]以低成本可再生的马尾草为硅源ꎬ通过气相沉积法热分解聚吡咯合成Ｎ杂的硅碳纳米复合材料ꎬ表现出较好的长循环稳定性ꎬ在０.５Ａ/ｇ的电流密度下循环４５０周后仍具有１０４７.１ｍＡｈ/ｇ的比容量ꎬ在更高１Ａ/ｇ电流密度下循环７６０周后容量维持在７５０ｍＡｈ/ｇꎮ纳米硅的高容量和纳米碳的长周期稳定性的协同作用ꎬ使纳米复合材料具有良好的性能ꎮ由于高温超导材料具有成本低㊁来源充足等优点ꎬ因此制备的掺硅纳米复合材料具有广阔的应用前景ꎮ２.２㊀蛋黄壳结构在Ｓｉ/Ｃ核壳结构的基础上ꎬ通过在硅核与碳壳之间引入额外的内部空隙ꎬ开发了一种具有蛋黄壳结构的新型Ｓｉ/Ｃ多相纳米复合材料ꎮ蛋黄壳结构由硅颗粒组成ꎬ硅颗粒完全由一层薄薄的碳保护ꎬ这层碳有利于锂离子与电子的转移为粒子间良好的接触提供了稳定的界面ꎮ蛋黄壳结构内部的空隙提供了一个有效的方法来缓冲体积膨胀ꎬ并允许硅芯自由膨胀和收缩而不粉碎ꎮ这种巧妙的设计将更有利于形成稳定的ＳＥＩ层ꎬ保持电极的完整性ꎮ具有蛋黄壳结构的Ｓｉ/Ｃ复合材料通常通过基于模板的方法制备ꎬ该方法包括三个步骤:①模板的合成ꎻ②在模板上沉积碳ꎻ③通过溶解侵蚀或煅烧除去模板ꎮ其中ꎬＳｉＯ２是最常见的模板ꎮＺｈａｎｇ等[１４]报道了一种由碳包覆刚性ＳｉＯ２外壳制成的新蛋黄壳结构的高密度复合材料ꎮ该材料６８１第１期黄玥等:锂离子电池硅碳复合负极材料结构设计与研究进展用嵌入的Ｆｅ２Ｏ３纳米颗粒(ＮＰｓ)限制多个ＳｉＮＰｓ(蛋黄)和碳纳米管(ＣＮＴｓ)ꎬ获得的高振实密度和优异的导电性可归因于有效利用了含有多个Ｓｉ蛋黄ꎬＦｅ２Ｏ３ＮＰｓ和ＣＮＴｓＬｉ＋储存材料的内部空隙ꎬ以及通过ＣＮＴ高速导电通道在内部Ｓｉ蛋黄和外壳之间的桥接空间ꎬ有效地提高电极的整体电导率ꎮ以该材料为负极的半电池可以获得３.６ｍＡｈ/ｃｍ２的高面积比容量和４５０次循环后９５％的容量保持率ꎮ配合富Ｌｉ的Ｌｉ２Ｖ２Ｏ５为正极构造的全电池在３００次循环后ꎬ仍保留有２６０ｍＡｈ/ｇ的高可逆容量ꎮ与胶体模板相比ꎬ不稳定聚合物作模板可以在不进行酸碱腐蚀的情况下形成用于无机纳米颗粒膨胀的空隙ꎮ同时ꎬ它可以包封单个无机纳米颗粒ꎬ防止其聚集ꎮ此外ꎬ不稳定聚合物是一种理想的自牺牲模板ꎬ它占据了一定的空间ꎬ防止了热解过程中的空隙坍塌ꎬ从而保证了纳米尺度上完美的空隙空间ꎮＭｉ等[１５]使用聚乙烯亚胺(ＰＥＩ)在碳酸化过程中形成空隙ꎬ合成了蛋黄壳结构的硅碳复合材料ꎬ在电流密度为０.２Ａ/ｇ的情况下ꎬ经过２００次循环后容量为８５４.１ｍＡｈ/ｇꎮ２.３㊀多孔结构采用多孔结构设计来改善Ｓｉ/Ｃ负极性能的原理与蛋黄壳结构相似ꎬ即引入的孔隙空间为Ｓｉ在Ｌｉ￣Ｓｉ合金化过程中体积膨胀提供了足够的空间ꎬ相应地减小了颗粒接触损失和界面应力ꎬ使得多孔Ｓｉ/Ｃ复合材料的电极在循环过程中具有非常稳定的结构[１５]ꎮ此外ꎬ较大的比表面积和均匀分布的通道缩短了锂离子的扩散路径ꎬ增加了复合材料的反应活性ꎬ从而提高了倍率能力ꎮ因此ꎬ多孔Ｓｉ/Ｃ复合负极材料在锂离子电池中具有快速充电的潜力ꎮ多孔Ｓｉ/Ｃ结构通常包括两种类型:①多孔硅基质碳层包裹ꎬ表示为ｐ￣Ｓｉ/Ｃꎻ②ＳｉＮＰｓ分散在多孔碳基质中ꎬ表示为Ｓｉ/ｐ￣Ｃꎮ目前ꎬｐ￣Ｓｉ/Ｃ结构通常是由ＳｉＯ２经镁热还原合成ꎬ且易于放大ꎮ在复合材料中引入多孔碳层作为导电基体采用硅芯ꎬ以获得更大的容量和稳定性ꎮ碳层独特的多孔结构为硅芯在充放电过程中体积膨胀提供了空间ꎮ此外ꎬ还可以促进发光和电子的传输ꎬ从而降低电荷转移电阻ꎮＳｈａｏ等[１６]以葡萄糖为碳源ꎬ多元Ｆ１２７为成孔剂ꎬ在ＳｉＮＰｓ存在下ꎬ采用水热法和软模板法制备了纳米结构硅/多孔碳球形复合材料(Ｎ￣ＳＰＣ)ꎮＮ￣ＳＰＣ复合材料具有纳米级的多孔碳壳层ꎬ具有良好的电化学动力学性能ꎮ这种多孔结构有利于固体电解质界面膜的形成以及电子和锂离子的输运ꎮ因此ꎬ该复合材料具有良好的循环稳定性和倍率性能ꎬ在０.４Ａ/ｇ时ꎬ经过１００次循环ꎬ稳定容量为１６０７ｍＡｈ/ｇꎬ保留容量为８５.０％ꎬ即使在１０Ａ/ｇ的高电流密度下ꎬ可逆容量为１０５０ｍＡｈ/ｇꎮ同样ꎬ以黑色素甲醛树脂为碳源的硅多孔氮掺杂碳球负极在０.１Ａ/ｇ的高电流密度下的可逆性容量１５７９ｍＡｈ/ｇꎬ在循环３００次后的保留率为９４％ꎮＴａｎｇ等[１７]以硅藻土为原料ꎬ氯化钠作为清热剂ꎬ采用机械球磨和镁热还原法制备多孔硅ꎬ一种可伸缩制备多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的新方法所得硅保持了硅藻土的多孔结构ꎬ比表面积为２８８.５ｍ２/ｇꎬ平均孔径为９.６ｎｍꎮ复合材料具有更好的循环稳定性和良好的速率能力ꎬ在２００ｍＡ/ｇ电流密度下放电容量为１１１６.７ｍＡｈ/ｇꎬ循环２００次后放电容量为２００ｍＡｈ/ｇꎬ有利于锂离子的快速扩散和足够的空隙空间来缓冲硅的体积变化ꎮ２.４㊀嵌入结构嵌入型硅/碳复合材料是指硅嵌入在连续的碳基体中ꎮ研究发现ꎬ以不同碳质基质作为硅的缓冲介质ꎬ调节硅在嵌锂/脱锂过程中的体积变化ꎬ释放硅的机械应力ꎬ可以有效地提高硅基负极材料的循环性能ꎮ嵌入结构的空隙可以缓冲锂离子在嵌锂和脱锂过程中严重的体积膨胀和收缩ꎬ为锂离子的迁移提供通道ꎮＣｈｅｎ等[１８]采用喷雾干燥法制备了薄片状石墨/等离子体纳米硅碳复合材料(ＭＦＧ/ＰＮＳｉ＠Ｃ)ꎬ该材料在室温和高温(６０ħ)下均具有良好的电化学性能ꎮＷａｎｇ等[１９]采用球磨￣喷雾干燥相结合的方法合成了可控㊁可扩展的硅￣片状石墨/非晶碳(Ｓｉ＠ＦＧ/Ｃ)微球ꎮ多孔Ｓｉ＠ＦＧ/Ｃ中的孔可以在循环时缓冲Ｓｉ的体积变化ꎮ无定形碳为Ｓｉ提供导电效应并在循环期间将Ｓｉ纳米颗粒固定在片状石墨上ꎮ这种独特的结构导致电极的结构稳定性ꎬ从而具有良好的循环稳定性ꎮＬｉａｎｇ等[２０]采用电喷雾法制备了含有硅纳米粒子㊁碳纳米管和炭黑的聚苯乙烯￣聚乙烯吡咯烷酮混合聚合物溶液ꎬ并对其进行热处理ꎬ得到了具有离子和电子导电骨架的硅嵌孔碳微球ꎮ在复合微球中ꎬ硅颗粒被嵌入由相互交织的碳纳米管㊁填充的炭黑和聚合物衍生的相互连接的非晶态碳组成的多孔碳框架中ꎮ这种笼状多孔碳微球不仅可以容纳硅的体积膨胀ꎬ而且保证了电子和离子的良好电接触和快速传输ꎮ因此ꎬ经过６０次循环ꎬ硅/碳负极在０.２Ａ/ｇ的电流密度下时表现出１３２５ｍＡｈ/ｇ的高容量ꎬ在５Ａ/ｇ的大电流密度下可逆容量为９２５ｍＡｈ/ｇꎬ表现出优异倍率能力ꎮ７８１应用化工第４９卷２.５㊀氧化亚硅/碳(ＳｉＯｘ/Ｃ)类石墨结构ＳｉＯｘ(０<ｘ<２)是硅基负极的一种形式ꎬ具有比容量高(~１６００ｍＡｈ/ｇ)㊁充放电电位低㊁体积膨胀率低等优点ꎬ被认为是一种极具吸引力的负极材料ꎮ这种结构的ＳｉＯｘ是由纳米Ｓｉ(２.５ｎｍ)均匀分布在具有玻璃状结构的ＳｉＯ２基质中组成ꎮＳｉＯｘ负极相对优异的循环性能与Ｓｉ Ｏ键强度高(Ｓｉ Ｓｉ键强度的２倍)以及Ｌｉ２ＳｉＯ３和Ｌｉ２Ｏ的形成有关ꎬ可以减轻体积膨胀的影响ꎮ然而ꎬ由于低电导率高刚度Ｌｉ２Ｏ层的转变及其在充放电过程中不可避免的体积膨胀ꎬ使得ＳｉＯｘ的电导率和速率能力仍然很差[２１]ꎮＳｉＯｘ/Ｃ复合材料由于存在氧元素作为锂离子脱嵌过程中的体积缓冲剂ꎬ相比纯硅负极材料展现出更优的体积效应和循环性能ꎬ再结合炭素材料的复合优势ꎬ氧化亚硅复合材料成为目前应用领域最广泛的高容量负极材料[２２]ꎮ一些研究人员提出了简单的合成方法来制备这种ＳｉＯｘ/Ｃ复合材料ꎮＬｉｕ等[２３]采用溶胶￣凝胶法制备了单分散ＳｉＯｘ/Ｃ微球ꎬ该微球粒径可调(３００~１０００ｎｍ)ꎬ碳含量可控(２０％~６０％)ꎮ实验选择硅和碳前驱体(乙烯基三乙氧基硅烷和间苯二酚/甲醛)合成均匀的ＳｉＯｘ/Ｃ(ｘ＝１.６３)复合材料ꎬ其中ＳｉＯｘ主要以超细纳米结构域(<２ｎｍ)存在ꎮ合成的ＳｉＯｘ/Ｃ微球由于其独特的结构特点ꎬ表现出高容量和优异的循环性能ꎮ在电流密度为１００ｍＡ/ｇ时可以达到９９９ｍＡｈ/ｇ的可逆容量ꎬ在１５０次循环后保持８５３ｍＡｈ/ｇ的可逆容量ꎮ在电流密度为５００ｍＡ/ｇ时ꎬＳｉＯｘ/Ｃ提供６８９ｍＡｈ/ｇ的首次充电比容量ꎬ４００次循环后的容量保持率为９１.０％ꎮＳｉＯｘ/Ｃ与ＬｉＦｅＰＯ４组装的全电池具有约３７２Ｗｈ/ｋｇ的能量密度ꎮ多组分碳材料有利于解决硅氧基负极的缺点ꎬ特别是有利于形成稳定的固体电解质间相ꎬ保持电极材料的结构完整性ꎬ提高电极的导电性ꎮＸｕ等[２４]通过对人造石墨原结构的修复ꎬ合成了具有石墨状结构的高性能ＳｉＯｘ/Ｃ复合材料ꎮ在高质量负载(３.５ｍｇ/ｃｍ２)和高压实密度(１.３ｇ/ｃｍ３)下ꎬ合成的ＳｉＯｘ/Ｃ负极具有６４５ｍＡｈ/ｇ的高可逆比容量ꎮ在电流密度为０.５Ｃ的条件下ꎬ经过５００次循环ꎬ仍能保持初始充电容量的９０％(５８０ｍＡｈ/ｇ)ꎬ是人造石墨理论容量(３７２ｍＡｈ/ｇ)的１.５７倍ꎮ即使在高压实密度(１.３ｇ/ｃｍ３)下ꎬＳｉＯｘ/Ｃ负极由于具有高攻丝密度和电极材料的结构完整性ꎬ仍然具有完整的结构和优异的循环性能ꎮ该合成方法也可用于解决其它导电性能差㊁体积变化大的负极材料ꎮ３㊀结束语Ｓｉ/Ｃ复合材料结合了Ｓｉ(高容量)和Ｃ(优异的容量保持率ꎬ高导电率和低体积变化)的优点成为最有希望用于实际应用的高性能负极材料ꎮ本文总结了Ｓｉ/Ｃ复合负极材料核壳结构㊁蛋黄结构㊁多孔型结构和嵌入型结构等结构设计的最新研究进展ꎬ这些结构设计可以有效地缓解体积变化问题ꎬ促进稳定ＳＥＩ膜的形成ꎬ改善复合材料的导电性ꎮ构建ＳｉＯｘ/Ｃ复合材料也是实现可逆容量㊁高库伦效率和容量保持的良好平衡的一种潜在途径ꎮ考虑到材料的实用性ꎬ在设计和制造过程中应同时考虑Ｓｉ/Ｃ电极的重量和体积容量ꎬ还应考虑具有成本效益的原材料和可扩展的制造路线ꎬ以实现低成本生产和高商业利润ꎮ同时ꎬ应继续研究开发新型电解质添加剂和聚合物粘合剂ꎬ以保证坚固的电极结构和稳定ＳＥＩ膜ꎮ将来ꎬ通过同时引入材料合成和结构设计的新概念ꎬ对实现高性能Ｓｉ/Ｃ复合负极材料的进一步发展具有重要意义ꎮ参考文献:[１]㊀ＫｏｖａｌｅｎｋｏＩꎬＺｄｙｒｋｏＢꎬＭａｇａｓｉｎｓｋｉＡꎬｅｔａｌ.Ａｍａｊｏｒｃｏｎ￣ｓｔｉｔｕｅｎｔｏｆｂｒｏｗｎａｌｇａｅｆｏｒｕｓｅｉｎｈｉｇｈ￣ｃａｐａｃｉｔｙＬｉ￣ｉｏｎｂａｔ￣ｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１１ꎬ３３４(６０５２):７５￣７９. [２]ＣａｓｉｍｉｒＡꎬＺｈａｎｇＨꎬＯｇｏｋｅＯꎬｅｔａｌ.Ｓｉｌｉｃｏｎ￣ｂａｓｅｄａｎｏｄｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ:Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｓｙｎｔｈｅ￣ｓｉｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＮａｎｏＥｎｅｒｇｙꎬ２０１６ꎬ２７:３５９￣３７６.[３]高鹏飞ꎬ杨军.锂离子电池硅复合负极材料研究进展[Ｊ].化学进展ꎬ２０１１(２):２６４￣２７４.[４]李振杰ꎬ钟杜ꎬ张洁ꎬ等.锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料[Ｊ].化学进展ꎬ２０１９ꎬ３１(１):２１３￣２２１. [５]ＡｓｈｕｒｉＭꎬＨｅＱꎬＳｈａｗＬＬ.ＳｉｌｉｃｏｎａｓａｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒＬｉ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ:ｗｈｅｒｅｓｉｚｅꎬｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｔｔｅｒ[Ｊ].Ｎａｎｏｓｃａｌｅꎬ２０１６ꎬ８(１):７４￣１０３. [６]ＬｉｕＬꎬＬｙｕＪꎬＬｉＴꎬｅｔａｌ.Ｗｅｌｌ￣ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎ￣ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓａｓｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅｓ[Ｊ].Ｎａｎｏｓｃａｌｅꎬ２０１６ꎬ８(２):７０１￣７２２.[７]ＺｈｕＪꎬＷａｎｇＴꎬＦａｎＦꎬｅｔａｌ.Ａｔｏｍｉｃ￣ｓｃａｌｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｉｌｉ￣ｃｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｐａｃｅａｓｕｌｔｒａｓｔａｂｌｅｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅｓ[Ｊ].ＡＣＳＮａｎｏꎬ２０１６ꎬ１０(９):８２４３￣８２５１.[８]孙威.锂离子电池硅碳复合负极材料的结构设计与电化学性能[Ｄ].广州:华南理工大学ꎬ２０１７:１３￣１５. [９]ＳｈｅｎＸꎬＴｉａｎＺꎬＦａｎＲꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｓｉｌｉ￣ｃｏｎ/ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔ￣ｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｙＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１８ꎬ２７(４):１０６７￣１０９０.[１０]ＲｅｄｄｙＡＬＭꎬＳｒｉｖａｓｔａｖａＡꎬＧｏｗｄａＳＲꎬｅｔａｌ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ￣ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｆｉｌｍｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａ￣８８１第１期黄玥等:锂离子电池硅碳复合负极材料结构设计与研究进展ｔｉｏｎ[Ｊ].ＡＣＳＮａｎｏꎬ２０１０ꎬ４(１１):６３３７￣６３４２. [１１]ＭｕＴꎬＺｕｏＰꎬＬｏｕＳꎬｅｔａｌ.Ａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ￣ｒｉｃｈｃａｒｂｏｎ/ｓｉｌｉｃｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒ￣ｉｎｇＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１８ꎬ３４１:３７￣４６.[１２]ＳｕＭꎬＷａｎＨꎬＬｉｕＹꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｔｉ￣ｌａｙｅｒｅｄｃａｒｂｏｎｃｏａｔｅｄＳｉ￣ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓａｎｏｄｅｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ３２３:２９４￣３００.[１３]ＨｅＹꎬＸｕＧꎬＷａｎｇＣꎬｅｔａｌ.Ｈｏｒｓｅｔａｉｌ￣ｄｅｒｉｖｅｄＳｉ＠Ｎ￣ｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎａｓｌｏｗ￣ｃｏｓｔａｎｄｌｏｎｇｃｙｃｌｅｌｉｆｅａｎｏｄｅｆｏｒＬｉ￣ｉｏｎｈａｌｆ/ｆｕｌｌｃｅｌｌｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１８ꎬ２６４:１７３￣１８２.[１４]ＺｈａｎｇＬꎬＷａｎｇＣꎬＤｏｕＹꎬｅｔａｌ.Ａｙｏｌｋ￣ｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｓｉｌｉｃｏｎａｎｏｄｅｗｉｔｈｓｕｐｅｒｉｏｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｔａｐｄｅｎ￣ｓｉｔｙｆｏｒｆｕｌｌｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ５８(２６):８８２４￣８８２８. [１５]ＭｉＨꎬＹａｎｇＸꎬＬｉＹꎬｅｔａｌ.Ａｓｅｌｆ￣ｓａｃｒｉｆｉｃｅｔｅｍｐｌａｔｅｓｔｒａｔｅ￣ｇｙｔｏｆａｂｒｉｃａｔｅｙｏｌｋ￣ｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｓｉｌｉｃｏｎ＠ｖｏｉｄ＠ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１８ꎬ３５１:１０３￣１０９. [１６]ＳｈａｏＤꎬＴａｎｇＤꎬＭａｉＹꎬｅｔａｌ.Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｓｉｌｉｃｏｎ/ｐｏｒ￣ｏｕｓｃａｒｂｏｎｓｐｈｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓａｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙａｎｏｄｅｆｏｒＬｉ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡꎬ２０１３ꎬ１(４７):１５０６８￣１５０７５.[１７]ＴａｎｇＸꎬＷｅｎＧꎬＳｏｎｇＹ.Ｎｏｖｅｌｓｃａｌａｂｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｐｏｒ￣ｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎ/ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｕｐｅｒｉ￣ｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｌｏｙｓａｎｄＣｏｍ￣ｐｏｕｎｄｓꎬ２０１８ꎬ７３９:５１０￣５１７.[１８]ＣｈｅｎＨꎬＨｏｕＸꎬＣｈｅｎＦꎬｅｔａｌ.Ｍｉｌｌｅｄｆｌａｋｅｇｒａｐｈｉｔｅ/ｐｌａｓ￣ｍａｎａｎｏ￣ｓｉｌｉｃｏｎ＠ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｖｏｉｄｓａｎｄｗｉｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１８ꎬ１３０:４３３￣４４０. [１９]ＷａｎｇＨꎬＸｉｅＪꎬＺｈａｎｇＳꎬｅｔａｌ.Ｓｃａｌａｂｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉ￣ｃｏｎ＠ｇｒａｐｈｉｔｅ/ｃａｒｂｏｎｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓａｓｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１６ꎬ６(７４):６９８８２￣６９８８８.[２０]ＬｉａｎｇＧꎬＱｉｎＸꎬＺｏｕＪꎬｅｔａｌ.Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙｅｄｓｉｌｉｃｏｎ￣ｅｍ￣ｂｅｄｄｅｄｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓａｓｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅｓｗｉｔｈｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｒａｔｅｃａｐａｃｉｔｉｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１８ꎬ１２７:４２４￣４３１.[２１]ＬｉＰꎬＺｈａｏＧꎬＺｈｅｎｇＸꎬｅｔａｌ.Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｓｉｌｉｃｏｎ￣ｂａｓｅｄａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｐｒａｃｔｉｃａｌｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｐ￣ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ１５:４２２￣４４６.[２２]高春辉.锂离子电池硅基纳米负极材料结构设计与电化学性能研究[Ｄ].合肥:中国科学技术大学ꎬ２０１９:１８￣２０.[２３]ＬｉｕＺꎬＧｕａｎＤꎬＹｕＱꎬｅｔａｌ.Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅａｎｄｈｏｍｏｇｅｎｅ￣ｏｕｓＳｉＯｘ/Ｃｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ:Ａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｈｉｇｈ￣ｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｄｕｒａｂｌｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｅｎｅｒ￣ｇｙＳｔｏｒａｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ１３:１１２￣１１８.[２４]ＸｕＱꎬＳｕｎＪＫꎬＹｉｎＹＸꎬｅｔａｌ.ＦａｃｉｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｂｌｏｃｋｙＳｉＯｘ/Ｃｗｉｔｈｇｒａｐｈｉｔｅｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙａｎｏｄｅｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａ￣ｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ２８(８):１７０５２３５.(上接第１８４页)[１４]ＫｉｍＨꎬＹａｎｇＳꎬＲａｏＳＲꎬｅｔａｌ.Ｗａｔｅｒｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｆｒｏｍａｉｒｗｉｔｈｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｐｏｗｅｒｅｄｂｙｎａｔｕｒａｌｓｕｎｌｉｇｈｔ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ３５６(６３３６):４３０￣４３４.[１５]ＣａｄｉａｕＡꎬＢｅｌｍａｂｋｈｏｕｔＹꎬＡｄｉｌＫꎬｅｔａｌ.Ｈｙｄｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙｓｔａｂｌｅｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙ￣ｅｆ￣ｆｉｃｉｅｎｔｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ３５６(６３３９):７３１￣７３５.[１６]ＨｏｒｃａｊａｄａＰꎬＳｅｒｒｅＣꎬＭａｕｒｉｎＧꎬｅｔａｌ.Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｏｒｏｕｓｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｆｏｒａｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００８ꎬ１３０(２１):６７７４￣６７８０.[１７]ＨａｒｔｌｉｅｂＫＪꎬＦｅｒｒｉｓＤＰꎬＨｏｌｃｒｏｆｔＪＭꎬｅｔａｌ.Ｅｎｃａｐｓｕｌａ￣ｔｉｏｎｏｆｉｂｕｐｒｏｆｅｎｉｎＣＤ￣ＭＯＦａｎｄｒｅｌａｔｅｄｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｉｅｓ[Ｊ].ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃｓꎬ２０１７ꎬ１４(５):１８３１￣１８３９.[１８]ＹａｎｇＳＪꎬＫｉｍＴꎬＩｍＪＨꎬｅｔａｌ.ＭＯＦ￣ｄｅｒｉｖｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ￣ｌｙｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｗｉｔｈｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１２ꎬ２４(３):４６４￣４７０.[１９]ＡｌｅｚｉＤꎬＢｅｌｍａｂｋｈｏｕｔＹꎬＳｕｙｅｔｉｎＭꎬｅｔａｌ.ＭＯＦｃｒｙｓｔａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙｐａｖｉｎｇｔｈｅｗａｙｔｏｇａｓｓｔｏｒａｇｅｎｅｅｄｓ:ａｌｕｍｉｎｕｍ￣ｂａｓｅｄＳＯＣ￣ＭＯＦｆｏｒＣＨ４ꎬＯ２ꎬａｎｄＣＯ２ｓｔｏｒａｇｅ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１５ꎬ１３７(４１):１３３０８￣１３３１８.[２０]Ａｌ￣ＮａｄｄａｆＱꎬＡｌ￣ＭａｎｓｏｕｒＭꎬＴｈａｋｋａｒＨꎬｅｔａｌ.ＭＯＦ￣ＧＯｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｄｓｏｒｂｅｎｔｓｆｏｒｍｅｔｈａｎｅｓｔｏｒａｇｅ[Ｊ].Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１８ꎬ５７(５１):１７４７０￣１７４７９.[２１]ＪｉａｏＬꎬＷａｎｇＹꎬＪｉａｎｇＨＬꎬｅｔａｌ.Ｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅ￣ｗｏｒｋｓａｓｐｌａｔｆｏｒｍｓｆｏｒｃａｔａｌｙｔｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ３０(３７):１７０３６６３.[２２]ＹａｎｇＤꎬＯｒｔｕｎñｏＭＡꎬＢｅｒｎａｌｅｓＶꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｙ￣ｎａｍｉｃｓｏｆＺｒ６Ｏ８ｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｎｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｓｐｒｏｂｅｄｗｉｔｈｅｔｈａｎｏｌｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎａｓａｃａｔａｌｙｔｉｃｔｅｓｔｒｅａｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１８ꎬ１４０(１０):３７５１￣３７５９.９８１。

第３ ５卷
第 １ 期
三峡大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｕｎ ｉ ｖ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ｖ ｏ１ ． ３５ Ｎ Ｏ． １ Ｆｅｂ ． ２０１ ３
嵌／ 脱 锂 过 程 中 多孔 硅 颗 粒 所 产 生 的 体 积 效 应 ． 电化学性 能测试 表 明 ， １ Ｏ次 循 环 后 ， 多孔硅 ／ 碳 复 合
负极材 料平 均每周 次容 量衰减 为 ０ ． ４ ｌ ， １ ０ ０次循 环后其 可逆 容量 仍可 维持在 ６ ０ ８ ． ７ ｍＡ ・ ｈ ／ ｇ ．
关 键词 ： 葡 萄糖 ； 多孔硅／ 碳； 负极 ； 锂 离 子 电 池 中图分 类号 ： （ ） ６ １ ３ ． ７ ： Ｔ Ｍ９ １ ２ ． ９ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ｌ ６ ７ ２ — ９ ４ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ 一 ０ ０ ７ ６ — ０ ５
ｌ ｉ ｔ ｈｉ ｕ ｍ ｉ ｏｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ａ ｎｏ ｄｅ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂｙ ｈｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ — ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｈｙ ｄｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ
Ｉ ｉ ｌ ａ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｉ ／ Ｃ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ；ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ

锂离子电池硅碳复合负极结构的研究进展吴琼;许咏杰;钟展雄;梁俊杰;李垚【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2024(38)11【摘要】锂离子电池具有能量密度高、倍率性能好、循环寿命长、自放电率低等优点,是目前主要的电化学储能设备。

商用锂离子电池负极材料为石墨,但石墨的低理论容量限制了锂离子电池性能的进一步提升。

硅储量丰富,具有高理论容量和稳定工作电压等特点,是新一代锂离子电池最有前景的负极材料。

硅基负极存在体积膨胀效应大、首次库仑效率低、电导率低和固体电解质界面膜不稳定等缺点,导致硅基负极循环稳定性较差,严重阻碍了其实际应用。

通过具有良好稳定性和高电导率的碳修饰硅基负极制备硅碳负极能够有效克服上述问题,硅碳负极作为一种高理论容量的材料更有规模化商业前景。

本文根据硅碳负极的结构设计,将近年来研究的硅/碳负极材料分为零维-纳米颗粒、一维-纳米线和纳米管、二维-层状结构和三维-微米级球体材料,并对不同结构的硅碳复合负极材料的结构和电化学性能进行了对比讨论。

此外,本文还总结了现有硅/碳复合负极设计的进展和局限性,并展望了该领域的工业化前景。

【总页数】9页(P1-9)【作者】吴琼;许咏杰;钟展雄;梁俊杰;李垚【作者单位】广东光华科技股份有限公司;哈尔滨工业大学航天学院【正文语种】中文【中图分类】TQ152【相关文献】1.锂离子电池硅碳复合负极材料研究进展2.锂离子电池硅/碳复合负极材料研究进展3.硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展4.锂离子电池硅碳复合负极材料结构设计与研究进展5.包覆结构硅碳复合锂离子电池负极材料研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第45卷第10期2017年10月硅酸盐学报Vol. 45，No. 10October，2017 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.10.21锂离子电池硅碳负极材料研究进展沈晓辉，范瑞娟，田占元，张大鹏，曹国林，邵乐(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，西安 710100)摘要：硅基材料作为锂离子电池负极具有容量高、来源广泛以及环境友好等优势，有望替代目前应用广泛的石墨负极成为下一代锂离子电池的主要负极材料。

硅和碳复合构成的锂离子电池复合负极，不但解决了充放电过程中硅体积效应大和碳容量低的问题，而且综合了碳循环性好和硅容量高的特点。

从材料选择、结构设计以及电极优化方面简要介绍了硅/碳复合材料的最新研究进展，并对硅碳复合负极未来发展方向进行了展望。

关键词：锂离子电池；硅/碳复合材料；复合结构中图分类号：O646 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2017)10–1530–09网络出版时间：2017–07–14 11:38:49 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20170714.1138.009.html Development on Silicon/Carbon Composite Anode Materials for Lithium-ion Battery SHEN Xiaohui, FAN Ruijuan, TIAN Zhanyuan, ZHANG Dapeng, CAO Guolin, SHAO Le(Shaanxi Coal Chemical Industry Technology Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710100, China)Abstract: Silicon is considered as one of the most promising materials for the next generation Li-ion batteries to replace widely-used graphite anode materials due to its high capacity, abundant source and environmental friendly. Si/C composite anode materials construct from silicon and carbon for Li-ion batteries, and can not only solve the big volume varaition of silicon and the low capacity of carbon in charge-discharge process, but also integrate the good cycle performance of carbon with the high capacity of silicon. This review summarized recent developments on novel Si/C composites based on the material selection, complex structure and electrode optimization. In addition, the future aspects of developing Si/C composite materials were also prospected.Keywords: lithium ion battery; silicon/carbon composite materials; complex structure随着时代的需求飞速发展，锂离子电池的能量密度以每年7%~10%的速率提升。

锂离子电池硅碳负极的制备及其性能研究锂离子电池硅碳负极的制备及其性能研究锂离子电池作为一种重要的能量储存设备，广泛应用于电动汽车、移动通信、储能系统等领域。

然而，锂离子电池的能量密度和运行安全性仍存在一些挑战。

随着对电池性能的不断追求，硅碳复合负极材料成为近年来研究的热点之一。

首先，我们来介绍硅碳复合负极材料的制备方法。

硅碳复合负极材料是在石墨负极材料的基础上，添加了适量的硅材料。

硅具有较高的比容量和较低的充放电反应电位，这使得硅在锂离子电池中具有更高的理论比容量和更低的电位突变。

然而，硅具有较大的体积膨胀率，在电池充放电过程中容易引起电池的渗漏和破损。

因此，为了改善硅的电化学性能，我们通常将硅与石墨材料结合制备硅碳复合负极材料。

硅碳复合负极材料的制备方法主要包括机械混合法、物理混合法和化学混合法。

其中，机械混合法是最常用的方法之一。

通过将硅和石墨材料以一定的比例进行混合，并添加一些胶凝剂和粘结剂，制备出硅碳复合负极材料的前驱物。

然后，通过热处理，前驱物中的硅和石墨相互反应，生成硅碳复合材料。

物理混合法和化学混合法的原理和步骤与机械混合法类似，只是在制备前驱物时的处理方法有所不同。

接下来，我们将重点介绍硅碳复合负极材料的性能研究。

硅碳复合负极材料的性能主要包括比容量、循环稳定性和倍率性能。

比容量是指单位质量或单位体积材料的储存锂离子的能力。

循环稳定性是指材料在长期循环充放电过程中能否保持较高的比容量和良好的循环稳定性。

倍率性能是指材料在高倍率充放电过程中的电化学性能表现。

这些性能直接影响着锂离子电池的使用寿命和安全性。

目前，研究人员通过控制硅碳材料的微观结构和化学成分，不断优化其性能。

例如，通过表面包覆技术，在硅材料表面形成一层保护膜，可以有效地抑制硅的体积膨胀和结构破坏，提高材料的循环稳定性。

此外，通过合理设计硅碳材料的孔结构，可以提高锂离子的扩散速度，改善倍率性能。

同时，还可以通过控制硅和石墨的比例，优化材料的比容量和循环稳定性。

硅碳负极材料的最新研究进展硅碳复合材料作为一种新型的负极材料，在锂离子电池领域受到了广泛关注。

相较于传统的石墨材料，硅碳复合材料具有较高的理论容量和较低的工作电压，因此被认为是一种潜力巨大的替代材料。

随着对锂离子电池能量密度和循环性能要求日益提高，硅碳负极材料的研究也取得了一系列重要的进展。

首先，研究人员通过调控硅与石墨复合材料的比例，成功合成了多种硅碳负极材料。

其中，硅/石墨复合材料的简单结构和优异性能成为了研究的热点之一、研究表明，硅和石墨相互作用可以有效抑制硅颗粒的体积膨胀，提高电极的稳定性。

此外，还有学者利用纳米硅颗粒与石墨烯复合来构建硅碳负极材料，取得了较好的功率密度和循环性能。

其次，为了进一步改善硅碳负极材料的性能，研究人员采用了多种改性方法。

例如，利用碳纳米管包覆硅颗粒可以有效减缓硅颗粒的体积膨胀和结构破坏，从而提高电极的循环寿命和容量保持率。

另外，也有研究人员利用硅纳米线和石墨烯构建三维多孔导电网络，增强硅碳负极材料的电子传导性和离子扩散性，提高了电极的充放电速度和循环稳定性。

同时，在硅碳负极材料的制备过程中，研究人员也不断关注材料的可批量化制备和低成本制备问题。

一种常见的制备方法是机械球磨法，该方法可以有效实现硅颗粒与石墨之间的均匀混合，并形成复合结构。

此外，也有研究人员在制备过程中引入了模板法、湿化学法和等离子体聚合物法等新技术、确保了硅碳复合材料的制备质量和生产效率。

最后，为了更好地理解硅碳负极材料的电子结构和储锂机理，研究人员也进行了一系列表征和分析工作。

例如，采用X射线衍射、透射电子显微镜和扫描电子显微镜等技术，对硅碳复合材料的晶体结构和微观形貌进行了详细研究。

此外，采用傅立叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等技术，对材料的电子结构和表面化学键进行了表征。

综上所述，硅碳负极材料在锂离子电池领域的研究进展日益迅猛。

通过调控材料的组成比例、采用多种改性方法和优化制备工艺，硅碳复合材料的循环性能和容量保持率得到了显著提高。

ｎａｎｏ—Ｓｉ／ＣＮＴｓ
ａｎｄ
ｎａｎｏ．Ｓｉ／ＧＮＳ
ｃａｐａｃｉｔｙ
ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｔｈｅ ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｎａｎｏ．Ｓｉ／ＣＮＴｓ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ａｎｄ ｎａｎｏ—Ｓｉ／ＧＮＳ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘ仃ａｃｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ．
ｏｒ
Ｔｈｅ ｃｙｃｌｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ
ｏｆ ｔｈｅ
ａｎｏｄｅｓ
ｄｅｇｒａｄｅｄ ｗｈｉｌｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｉ
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ｎａｎｏ—Ｓｉ／Ｃ
ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ ｈａｄ ｓａｍｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒ
研究生签名：簦）避日期：丝．！互：墨ｆ
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评 阅 人
目
答辩委员会主席塑捡矍
２０１３年５月３１日
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Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃ ａｒｂｏｎ Ｃｏｍ ｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ．．Ｉｏｎ
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硅碳负极材料的最新研究进展硅碳负极材料是一种新型锂离子电池负极材料，由硅和碳组成。

与传统的石墨负极相比，硅碳负极材料具有更高的比容量和能量密度，可以显著提高电池的能量存储能力。

然而，由于硅在充放电过程中容易发生体积膨胀，导致电极的结构破坏和容量衰退，硅碳负极材料的应用受到了一定的限制。

因此，针对硅碳负极材料的研究一直在不断深入。

最新的研究进展之一是使用纳米多孔硅碳材料。

研究人员通过控制硅碳材料的孔隙结构和纳米尺度的颗粒，可以改善材料的机械稳定性和电化学性能。

此外，纳米多孔硅碳材料还具有较大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，加速离子和电子的传输速度，从而提高电池的循环稳定性和倍率性能。

另一项研究是开发碳包裹硅纳米颗粒。

研究人员利用碳材料包裹硅纳米颗粒，形成核-壳结构。

碳壳可以提供保护硅颗粒的作用，防止硅在充放电过程中膨胀，从而增加了材料的稳定性。

此外，碳壳还可以提供导电通道，促进离子和电子的传输，提高电极的性能。

这种碳包裹硅纳米颗粒的设计不仅可以提高硅的嵌入式容量，还可以减小体积膨胀引起的结构破坏。

另外一项重要的研究是探索硅碳合金作为负极材料。

硅碳合金具有丰富的嵌入式容量和较小的体积膨胀，可以作为良好的负极材料。

研究人员通过调控硅和碳的比例，控制硅碳合金的特性，以提高材料的稳定性和电化学性能。

此外，硅碳合金还可以通过合成纳米颗粒的形式，提高材料的反应活性和传输速度，从而增强电极的性能。

此外，还有一些研究专注于改善硅材料的结构和界面。

例如，利用纳米结构调控硅的形态，如纳米线、纳米球等，可以有效抑制硅的膨胀，提高电极的稳定性。

另一方面，通过界面修饰层的设计，如功能化聚合物涂层、氧化物涂层等，可以增强电极材料与电解液之间的相容性，抑制固体电解质界面的形成，提高电池性能和循环寿命。

总之，硅碳负极材料的研究正在不断推进，展现出巨大的应用潜力。

通过探索新的材料结构、界面设计和纳米尺度调控等策略，可以进一步提高硅碳负极材料的性能和循环稳定性，推动锂离子电池技术的发展。