硅作為新一代鋰電池負(fù)極材料，引起了學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的廣泛關(guān)注。那鋰電池硅基負(fù)極材料最新進(jìn)展如何呢？
目前，業(yè)內(nèi)人員通常采用硅納米化、復(fù)合化和合金化等方法來(lái)提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善硅負(fù)極循環(huán)性能。其主要研究方向有: 硅納米顆粒、硅納米線(xiàn)和3D多空硅等。
1.納米硅顆粒及其復(fù)合材料。將硅顆粒放進(jìn)不同基質(zhì)的緩沖層中，通過(guò)適應(yīng)體積膨脹和吸收應(yīng)力，可以有效提高硅負(fù)極的循環(huán)性能，特別是碳材料，如碳納米管、石墨烯等已被廣泛應(yīng)用于Si/C復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)調(diào)整碳基體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)可以顯著提高硅基負(fù)極的性能。
2.硅納米線(xiàn)及其復(fù)合材料。硅納米線(xiàn)通過(guò)應(yīng)力弛豫和提供有效的電子路徑將電化學(xué)循環(huán)中的體積膨脹最小化，然而在實(shí)際操作中仍有可能導(dǎo)致硅納米線(xiàn)的斷裂，從而導(dǎo)致容量迅速衰減。因此，科學(xué)家通過(guò)在硅納米在線(xiàn)濺射Cu涂層，在210mA?g－1電流密度下，首周效率為90.3%，放電容量為2700mAh?g－1，比在硅納米在線(xiàn)加碳涂層具有更好的性能。
3.多空硅及其復(fù)合材料。低維硅可以很好地抑制硅負(fù)極在循環(huán)中的體積膨脹，但是有低質(zhì)量負(fù)載密度的缺點(diǎn)，因此3D多空硅備受關(guān)注。目前，已有用Si沉積到納米多空SiO2范本上制備出3D納米多空硅，其在400mA?g－1下容量高達(dá)2800mAh?g－1，并且100次循環(huán)后容量沒(méi)有明顯衰減。
4. 硅形成合金。除了硅納米材料之外，將硅中加入金屬元素（Ti、Ni等）也可以有效地改善硅基負(fù)極的循環(huán)性能，如減緩體積膨脹和使鋰的嵌入更加容易。
雖然鋰電池硅基負(fù)極材料的體積效應(yīng)和環(huán)穩(wěn)定問(wèn)題已被科研人員深入研究并得到了很好的解決，但是庫(kù)倫效率、質(zhì)量負(fù)載密度以及制備成本等需要進(jìn)一步優(yōu)化處理。
