硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展
锂离子电池硅碳复合负极材料的研究现状
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
硅碳负极产量 -回复
硅碳负极产量-回复：什么是硅碳负极？硅碳负极是一种新型的负极材料，用于锂离子电池中，能够提供更高的容量和更长的循环寿命，是目前电池研发领域的热门课题之一。
一、硅碳负极材料的基本概念和特点硅碳负极材料是由硅和碳组成的复合材料，具有高比容量、低电压极化以及良好的循环稳定性等特点。
传统的石墨负极材料在充放电过程中容易发生热胀冷缩现象，导致电池的循环寿命有限。
而硅碳负极材料通过引入硅元素，可以提高负极材料的比容量，减少电池的尺寸和重量，延长电池的循环寿命。
二、硅碳负极的制备方法硅碳负极的制备方法有多种，其中较为常见的方法包括机械球磨法、溶胶-凝胶法、高温石墨化法、水热法、碳化硅热解法等。
这些方法在材料的结构、晶体形貌以及电化学性能等方面均有不同的影响。
三、硅碳负极产量的影响因素1. 硅碳负极材料的配比：硅碳负极材料通常是由硅和碳两种元素按一定比例配制而成，不同的配比会影响负极材料的结构和性能。
2. 制备方法：不同的制备方法对硅碳负极材料的产量有着直接的影响。
一些制备方法可能会导致不稳定的产量，而一些新的制备方法可能可以提高硅碳负极的产量和性能。
3. 材料纯度：硅碳负极材料的纯度也会影响其产量。
纯度较高的材料通常会有较高的产量和更好的电化学性能。
4. 材料结构和晶粒大小：硅碳负极材料的结构和晶粒大小对其产量也会有影响。
一些特定的结构和晶粒大小可以提高材料的比容量和循环寿命。
四、提高硅碳负极产量的方法1. 优化材料的配比：通过调整硅碳负极材料的配比，可以改善其结构和性能，进而提高产量。
2. 改进制备方法：研发新的制备方法或对现有方法进行改进，可以提高硅碳负极材料的产量。
3. 提高材料纯度：改进合成工艺，提高材料的纯度，从而提高硅碳负极的产量和性能。
4. 优化材料的结构和晶粒大小：通过调控硅碳负极材料的结构和晶粒大小，可以改善其电化学性能，提高产量。
五、硅碳负极产量的研究进展和应用前景硅碳负极材料的研究正在快速发展，目前已有许多研究成果取得了令人瞩目的成果。
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。
碳、硅及磷酸钛锂纳米复合膜锂离子电池负极材料的研究
碳、硅及磷酸钛锂纳米复合膜锂离子电池负极材料的研究随着信息技术、手持式机械和电动汽车的迅猛发展，对高效能电源的需求急剧增长，高能量密度、高功率密度的锂离子电池已经成为目前发展最为迅速的领域之一。
一方面，随着化石类能源的不断消耗，以及人们环保意识的加强，传统能源消耗方式必将发生改变；另一方面，太阳能、风能等新型能源仍然存在很大的局限性，比如供能间歇式的问题。
所以，锂离子电池的发展是必然趋势。
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一类新型电池，在锂离子电池中采用可使锂离子嵌入和脱出的碳材料代替纯锂作为负极，锂离子电池具有安全性能高、循环寿命好、高比能量、高电压、等优点，在众多储能器件中优点突出。
提高锂离子电池的关键在于正负极材料，而正极材料的比容量很难提高，因此提升锂离子电池储能密度要在负极材料上着手。
硅作为负极材料，理论比容量高，自然界储量丰富，储锂电位低，是最具潜力的新一代锂离子电池负极材料，具有十分广阔的发展应用前景。
但需要解决硅在脱、嵌锂过程中的体积效应，以及低电导率问题，解决方法主要是纳米化和缓冲介质。
采用PVD法制备多层膜结构的碳、硅及磷酸钛锂复合薄膜，纳米硅层和碳缓冲层都可以有效缓解了硅在充放电过程中的体积膨胀，从而改善锂离子电池的循环效应，磷酸钛锂的引入能够增加硅的离子电导率，加快了活性物质活化。
实验发现，复合薄膜的循环性能欠佳，猜测是由于薄膜的结晶性不好引起的，因此对薄膜进行不同温度的热处理，发现薄膜的结晶性发生改变，循环性能能够得到很大改善。
1.1前言随着社会以及科技的进步，不论是基础工业，还是新兴科技产业，都对能源有着越来越大的需求,能源作为社会发展的重要动力，一直受到极高的重视，各类新型能源不断诞生，如风能、太阳能、地热能等。
考虑到持续长时间供电，以及石油天然气不可再生问题及对环境造成污染问题，对高能量密度高功率密度的锂离子电池的需求越来越迫切。
现如今，电动自行车、电脑、手机等各类电子产品在人们的生活当中愈发重要，因此对高储能设备的依赖性也越来越大，对二次电池的需求不断增加。
纳米硅碳负极材料研究报告
纳米硅碳负极材料研究报告0 引言自 1991 年 SONY 公司以石油焦炭为负极材料将锂离子电池推向商业化以来，因其出色的循环寿命、较高工作电压、高能量密度等特性，锂离子电池一经推出就受到人们的广泛关注，迅速成为能源储存装置中的明星。
近年来，随着新能源交通工具(如 EV 和 HEV)的发展，对锂离子电池提出了更高的要求。
作为锂离子电池关键部分的负极材料需要具备在 Ii 的嵌入过程中自由能变化小，反应高度可逆;在负极材料的固态结构中有高的扩散率;具有良好的电导率;优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容胜等。
研究者们通过开发具有新颖纳米结构的碳材料和非碳材料，来提高作为锂离子电池负极的嵌铿性能。
然而，这些新颖的材料，如 Sn, Si, Fe、石墨烯、碳纳米管，等，虽然其理论嵌1铿容量较高(Sn 和 Si 的理论嵌铿容量分别为 994mAh/g 和 4 200 mAh/g ，但由于制备工艺相当复杂，成本较高，而且在充放电过程中存在较大的体积变化和不可逆容量。
因此，若将其进行商业化应用还需要解决许多问题。
锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，已经在消费电子、电动土具、医疗电子等领域获得了少’一泛应用。
在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇等交通领域逐步获得推少’一。
同时，锉离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电源、通讯基站、土业节能、绿色建筑等能源领域也显示了较好的应用前景1 不同负极材料的特点评述天然石墨有六方和菱形两种层状品体结构同，具有储量大、成本低、安全无毒等优点。
在锉离子电池中，天然石墨粉末的颗粒外表面反应活性不均匀，品粒粒度较大，在充放电过程中表面品体结构容易被破坏，存在表面 SEI 膜覆盖不均匀，导致初始库仑效率低、倍率性能不好等缺点。
为了解决这些问题，可以采用颗粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面包覆软碳、硬碳材料以及其它方式的表面修饰和微结构调整等技术对天然石墨进行改性处理。
锂离子电池硅碳复合负极材料研究进展
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。
锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势
XX大学毕业论文题目锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势姓名 XX 教育层次大专学号 XX 省级电大 XX专业应用化工技术分校 XX指导教师 XX 教学点 XX目录一、 (4)二、 (4)三、 (5)四、 (6)五、 (6)（一） (6)（二） (7)参考文献 (7)致谢 (8)锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势摘要: 硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料. 评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果, 分析锂离子电池硅负极材料存在问题, 探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景. 分析结果表明, 通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段, 实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能, 是未来的主要发展方向.关键词: 应用化学; 锂离子电池; 负极材料; 硅基复合材料。
锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 已成为现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源. 在制造锂离子二次电池的关键材料中, 负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素. 目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料, 其实际容量已接近理论值(372 mA·h / g), 因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求. 另一方面, 石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势, 快速充电或低温充电过程中易发生“析锂” 现象从而引发安全隐患. 此外, 石墨材料的溶剂相容性差, 在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥离导致容量衰减[1] . 因此, 寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极, 是锂离子电池发展的迫切需要. 在各种新型合金化储锂的材料中, 硅容量最高, 能和锂形成Li 12 Si 7 、Li 13 Si 4、Li7Si3 、Li15Si4 和Li22Si5等合金, 理论储锂容量高达4212mA·h / g, 超过石墨容量的10倍[2-3] ; 硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低(低于0.5 V) 等优点[4-5] . 硅的嵌锂电压平台略高于石墨, 在充电时难以引起表面锂沉积的现象, 安全性能优于石墨负极材料[6] . 此外, 硅是地壳中丰度最高的元素之一, 其来源广泛, 价格便宜, 没有毒性, 对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势. 本文评述了近年来单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果, 并对今后研究方向和应用前景作了展望.一、硅脱嵌锂时的结构变化硅电极在脱嵌锂的过程中的体积效应所造成的容量快速衰减, 是其实用化进程的巨大阻碍[7-8] . 在电化学储锂过程中, 每个硅原子平均结合44个锂原子后得到Li22Si5合金相, 造成材料的体积变化可达到300% 以上[9] . 由巨大的体积效应产生的机械应力会促进电极表面微裂纹的产生和传播, 使活性物质从集流体上逐渐破裂、脱落, 从而丧失与集流体的电接触, 造成电极循环性能迅速下降[10] . 另外, 由于硅本身是半导体材料, 本征电导率比较低, 仅有 6.7 × 10 - 4 S / cm, 故需加入导电剂来提高电极的导电性[11] . 为解决这一难题, 人们利用纳米硅粉体作为负极材料, 但研究表明, 锂离子在纳米硅材料中的反复嵌入和脱出会导致硅纳米颗粒发生不可逆的电化学烧结, 造成电池循环性能的急剧下降[12] .导致硅负极材料容量剧烈衰减的另一重要原因是现有电解液中的LiPF6 分解所产生微量HF 对硅造成了腐蚀[18] . 此外, 由于其剧烈的体积效应造成的颗粒粉化, 使得新的硅原子不断消耗Li + , 导致在常规的LiPF6电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(solid electrolyte interface, SEI) 膜, 随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏, 新暴露出的硅表面不断与电解液反应形成新SEI 膜, 导致充放电效率降低, 容量衰减加剧.为使硅材料具有高容量, 同时兼具有良好的循环性能, 目前主要通过以下3 种方法来改善硅基负极材料的电化学性能: ①制备硅纳米材料. 一则可减小硅的绝对体积变化, 另则制备非晶硅薄膜等以消除晶体硅的非均匀变形; ②制备硅基合金材料. 使硅与其他元素形成硅化物, 以减小材料体积变化; ③制备硅基复合材料. 使硅与其他非金属类材料复合, 通过缓冲基体的缓冲性能限制硅的体积变化。
锂离子电池硅基负极材料研究与进展
Research progress in silicon -based anode materials for lithium -ion batteries
HAO Haobo 1,2 , CHEN Huimin 1 , XIA Gaoqiang 2 , FAN Xiecheng 2 , ZHAO Peng 1,2
Key words: lithium-ion battery; silicon anode material; review; SiO; carbon coating
收稿日期: 2020-10-15
基金项目: 新疆维吾尔自治区高校科研计划科学研究重点项目(XJEDU2019I025)
通信作者: 陈惠敏, 教授, 主要从事功能材料的制备研究。 E-mail: chm@ cjc. edu. cn
为了克服纯硅负极材料在锂离子电池应用中存在的
这些缺陷, 提高锂离子电池性能, 研究者进行了多种改
进研究, 包括硅的纳米化
成硅 / 金 属 合 金
覆
[28-34]
[23-27]
[8-17]
, 合成氧化亚硅
[18-22]
, 合
以及对硅材料进行表面碳包
。 本文对锂离子电池硅基负极材料的研究进展进
行了综述, 并对硅基负极材料的发展趋势进行了展望。
摘 要: 随着消费类电子产品及新能源汽车的发展, 高能量密度的锂离子电池逐步成为了研究热点。 当前使用的石
墨负极材料的理论比容量为 372 mAh / g, 亟需研发高容量的负极材料。 硅作为负极材料, 其比容量为石墨的 10 倍,
且脱锂电位低, 被认为是最具潜力的新型负极材料。 纯硅负极材料在锂离子电池应用中, 由于其巨大的体积膨胀效
碳材料在锂离子电池负极中的应用研究
碳材料在锂离子电池负极中的应用研究近年来，电动汽车的普及，让锂离子电池成为了备受瞩目的电池技术。
其中，负极是锂离子电池的一个关键部件，直接关系到电池的性能表现和使用寿命。
为了提高锂离子电池负极的性能，碳材料作为一种重要的负极材料，越来越受到科学家们的重视。
那么，碳材料在锂离子电池负极中的应用研究都有哪些进展呢？一、碳材料在锂离子电池负极中的作用原理锂离子电池负极的主要材料有碳、硅、锂钛矿、锂铁磷酸盐等。
而其中碳作为负极材料则具有以下几个优点：一是具有无限可循环使用的性质，可以实现长久的电池寿命；二是足够安全，不会出现火灾或爆炸问题；三是成本相对较低，可以大规模生产。
在锂离子电池中，负极材料接受锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌。
而碳材料则可通过多种方式来实现嵌入和脱嵌，如高温炭化法、溶胶-凝胶法、水热法等。
其中，高温炭化法是制备碳材料最为常用的方法，主要是将有机物高温热解为无机碳材料。
由于碳材料的特殊性质，可以在很大程度上优化锂离子电池负极的性能。
例如：碳材料的导电性好，在充电和放电过程中可以快速传递电荷；碳材料的比表面积大，可以提供更多的表面积给锂离子嵌入和脱嵌反应，从而提高电池的容量和能量密度；碳材料的结构可调控性强，可以通过粒度、形貌、孔径等方式优化其结构，从而控制充放电过程中电池的性能表现。
二、碳材料在锂离子电池负极中的应用研究进展1. 石墨化碳材料石墨化碳材料是一种以石墨化程度为基础的碳材料，具有高导电性、较大比表面积、良好的化学稳定性等特点。
因此，在锂离子电池中，石墨化碳材料被广泛应用于电池负极材料中。
此外，石墨化碳材料还可以通过微观调控达到优化电池性能的效果。
2. 三维碳材料三维碳材料具有独特的空间结构和特殊的电子传输性质，是一种有望实现高容量和高稳定性锂离子电池负极材料的新型碳材料。
此外，三维碳材料的制备方法不断创新，如自组装、印刷、微流控等方法，不仅提升了其性能表现，还有利于工程化大量生产。
硅基锂离子电池负极材料的研究进展
TheSocialAngle 社会广角Cutting Edge Education 教育前沿 31硅基锂离子电池负极材料的研究进展文/张梓涵摘要：硅基材料理论比容量高达4200mAh/g，是锂离子电池负极材料中理论比容量最高的研究体系。
又因其具有低嵌锂电位、高能量密度，硅基材料成为了近些年来被广泛研究的对象，有望替代碳负极材料成为新一代锂离子电池负极材料的选择之一。
但同时在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生巨大的体积膨胀（300%以上），使材料逐渐粉化，导致电极活性物质与集流体失去接触，并且伴随着结构的破坏，暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的容量衰减，因而导致电池循环性能的恶化。
本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的相关储能以及失效机理，重点综述了近几年来针对硅基负极材料出现的问题所进行的改性研究，涵盖硅复合材料的制备、性能与不同维度的结构设计等等，并对硅基负极材料在未来领域的应用做出了展望。
关键词：硅基负极材料；锂离子电池1 硅基负极材料工作原理及挑战在现今各种储能电池技术中，锂离子电池具有能量密度高、工作电压高（3.6v 左右）、使用寿命长、无记忆效应、快速可逆充放电、高库伦效率、环境友好（无铅、浓硫酸以及重金属污染物）、政府政策支持等优势，这使其在众多储能系统中脱颖而出，并已在小型电子产品如手机,笔记本电脑及数码相机等中得到广泛应用。
随着科技的进步和需求的增长, 锂离子电池从电子终端设备走向电动汽车和储能技术领域已经成为必然。
这就意味着电子设备对能量密度的需求随之提高，所以提高锂离子电池的能量密度自然成为了重中之重。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜、集流体和封装材料等组成。
负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对电池使用性能起到关键作用，近些年来被广泛研究。
现今主流的锂离子电池负极材料主要为石墨负极材料，其比容量为372mAh/g，远不能满足市场对下一代高能量密度锂离子电池的续航能力要求。
硅碳负极发展历程
硅碳负极发展历程
硅碳负极材料在锂离子电池中的发展历程可以追溯到二十世纪九十年代初。
早期的锂离子电池使用石墨作为负极材料，但其能量密度相对有限，无法满足日益增长的电子设备对电池容量的需求。
为了提高锂离子电池的能量密度，科学家开始尝试使用硅材料作为替代品。
硅具有较高的理论特容量，可以存储更多的锂离子，并且其丰富的资源和低成本使其成为非常有吸引力的选择。
然而，硅材料存在一些挑战，如结构可逆膨胀和容量衰减等问题。
这导致了早期硅负极的低循环稳定性和寿命。
为了克服这些问题，科学家们开始研究硅碳复合材料。
硅碳复合材料将硅颗粒与碳材料结合，使硅颗粒更加稳定，并且保持了硅的高容量。
碳材料的导电性还可以提高整体电极的电导率。
通过优化硅碳复合材料的比例和结构，研究人员取得了显著的进展，并成功改善了循环稳定性和寿命。
近年来，随着科学技术的不断进步，硅碳负极材料的研究也在不断深入。
研究人员通过合成新型硅碳复合材料、设计多级结构和导电添加剂等方法，进一步提高了硅碳负极的电化学性能。
例如，一些研究表明，纳米级硅碳颗粒可以增加负极表面积，提高锂离子的扩散速率，从而提高电极的容量和循环性能。
总的来说，硅碳负极材料在锂离子电池中的发展历程经历了不断的探索和优化。
通过不断改进材料的结构和合成方法，硅碳
负极材料的循环稳定性和寿命得到了显著提高，为锂离子电池的发展提供了新的可能性。
硅碳负极材料研究报告
硅碳负极材料研究报告
硅碳负极材料是一种新型的负极材料，在锂离子电池领域有着广泛的应用前景。
该材料具有较高的比容量、较低的电压平台、良好的循环性能和较长的循环寿命等优点，可以作为传统的石墨负极材料的替代品。
硅碳负极材料的制备方法主要有机热分解法、高能球磨法、化学气相沉积法等。
其中，有机热分解法是硅碳负极材料制备的主要方法，该方法利用有机物质作为硅和碳的源材料，在高温条件下裂解和聚合反应生成硅碳材料。
硅碳负极材料在锂离子电池中的应用主要受限于其可逆容量和循环稳定性。
为了提高其性能，研究人员采取了多种策略，如掺杂、包覆、结构设计等。
掺杂可以提高硅碳材料的导电性和机械性能，减轻材料与锂离子的反应，进而提高可逆容量和循环稳定性。
包覆可以有效地防止硅碳材料与电解液的反应，减轻膨胀压力，进一步提高了循环寿命。
结构设计主要通过合理设计硅碳材料的孔隙度和孔径分布，提供更大的表面积和更快的离子传输，促进锂离子的扩散和嵌入。
总的来说，硅碳负极材料具有广泛的应用前景，但是还需要进一步的研究来解决其循环性能和循环稳定性问题。
锂离子电池硅碳复合负极材料的研究
锂离子电池硅碳复合负极材料的研究王英;孙文;唐仁衡;肖方明;黄玲【摘要】以商品化纳米硅粉和沥青为原料,采用喷雾干燥热解法制得Si@C复合物.将Si@C复合物和人造石墨混合,制得Si@C/G硅碳复合材料作为锂离子电池的负极材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试等方法,对Si@C复合物和Si@C/G复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,当硅碳复合材料中Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85时,在100 mA/g的恒电流下,首次放电比容量为695.4 mAh/g,首次库仑效率为86.1％,循环80周后容量仍有596.6mAh/g.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2018(012)003【总页数】6页(P161-166)【关键词】锂离子电池;硅碳复合负极材料;纳米硅;人造石墨;碳包覆【作者】王英;孙文;唐仁衡;肖方明;黄玲【作者单位】广东省稀有金属研究所,广东省稀土开发及应用重点实验室,广东广州510650;广东省稀有金属研究所,广东省稀土开发及应用重点实验室,广东广州510650;华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510641;广东省稀有金属研究所,广东省稀土开发及应用重点实验室,广东广州510650;广东省稀有金属研究所,广东省稀土开发及应用重点实验室,广东广州510650;广东省稀有金属研究所,广东省稀土开发及应用重点实验室,广东广州510650【正文语种】中文【中图分类】TM912 9;TM531为了不断提升新能源汽车的续航里程，近年来对锂离子电池的能量密度要求越来越高.到2020年，我国对锂离子电池电芯能量密度的期望值将达到350 Wh/kg.由于现有的商用负极材料石墨难以满足上述要求，因此，开发新型高容量负极材料成为研究热点.硅的理论嵌锂容量高达4200 mAh/g，且具有脱锂电位低、资源丰富、成本低和环境友好等优势，成为综合性能最具发展潜力的新型负极材料[1-5].硅材料虽然储锂容量较大，但锂离子在嵌入硅过程中会引起体积膨胀(300%)，易造成材料结构的崩塌和活性物质的脱落，使循环稳定性大大下降.同时，这种体积效应也使电极表面难以形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，导致不断有硅裸露到电解液中.针对硅负极材料循环稳定性的问题，近年来，研究人员将硅进行纳米化处理，即硅单质材料体系的改性.通过制备各种纳米硅材料来缓解硅嵌锂产生的体积膨胀.研究表明[6-7]，当硅颗粒尺寸小于单个硅纳米颗粒嵌锂过程中的破碎临界值，纳米硅颗粒在参与电化学反应过程所产生的应力能不足以使得电极表面生成裂纹，从而避免颗粒的破碎粉化.但是，纳米硅的高活性表面则会使电极发生较多的副反应，造成较高的不可逆容量损失.因此，除了硅纳米化改性技术外，还应通过硅与碳材料的二元或多元复合来制备复合材料，即建立硅复合材料体系[8-12].基本原理是利用第二相的机械性能和导电性来抑制硅的体积效应和增强硅的导电性，减少电极副反应的发生，并防止嵌脱锂过程中纳米颗粒的团聚.李纯莉[13]先采用酸浸蚀方法从铝硅合金得到纳米硅，然后将纳米硅与石墨烯进行复合制得石墨烯/多孔硅复合负极材料.复合结构中的石墨烯片或均匀分散在多孔纳米硅颗粒间，或包裹着小尺寸的纳米硅颗粒，有效改善了纳米硅的导电性和减缓多孔硅结构的衰变.用复合材料制成的电极在循环120周后，其放电比容量仍可达1843 mAh/g.Julien[14]利用激光化学沉积热解法(LCVP)制备出包覆1 nm厚度碳层的纳米非晶硅复合材料，经充放电循环后，极片厚度从循环前的12.6 μm到嵌脱锂300周后的14.9 μm，体积膨胀率仅18%，表现出良好的循环性能，所设计的核壳结构保持了材料结构和电极的稳定性.Zhuang[15]以纳米氧化镁为造孔剂，将纳米硅嵌入多孔碳中，制备的复合材料在循环40周后仍有1172 mAh/g的可逆容量，主要归功于多孔碳支架为纳米硅提供充足的空间以缓冲硅的体积变化.综上所述，采用硅纳米化和复合化相结合的方法制备电化学性能优异的硅碳复合材料是切实可行的.本文以纳米硅粉和沥青为原料，通过喷雾干燥热解法在纳米硅颗粒表面包覆一层无定形碳层制得Si@C复合物，将Si@C复合物和人造石墨颗粒混合可制得用于锂离子动力电池的Si@C/G复合负极材料.1 试验部分1.1 硅碳材料的制备以平均粒径80 nm硅粉、沥青为原料，按硅粉和沥青质量比为1∶1混合均匀，然后依次加入无水乙醇和去离子水搅拌，搅拌均匀后得到浆料，再经喷雾干燥制得Si@C前驱物(喷雾干燥设备进口温度180 ℃，出口温度110 ℃).将前驱物放入充有高纯氩气保护的管式炉内在1050 ℃保温3 h，然后冷却至室温，再研磨筛分，获得Si@C复合物.将Si@C复合物和人造石墨分别按质量比10∶90，15∶85，20∶80混合，制得硅碳复合负极材料Si@C/G，分别标记为样品a、样品b和样品c.1.2 硅碳材料的性能表征将活性物质(Si@C或Si@C/G)、导电乙炔黑和粘结剂(羧甲基纤维素钠CMC和丁苯橡胶SBR混合物，质量比3∶5)按质量比8∶1∶1混合，以去离子水为溶剂混合成浆料，然后将浆料均匀涂敷于铜箔基体上，充分干燥后制成正极.以金属锂片为负极，Celgard 2500型聚丙烯多孔膜为隔膜，1 mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)(体积比1∶1∶1)为电解液，在真空手套箱中组装成2032型扣式电池.采用蓝电CT2001A二次电池性能检测装置对电池进行充放电性能测试，测试电流密度为100 mA/g，电压范围为0.01～1.5 V.采用荷兰Philips X'pert MPD diffractometer XRD衍射仪(20 kV，40 mA，Cu Kα)分析样品结构，扫描角度为10°～90°，步长为0.02°/s；用德国蔡司公司Zeiss supra 40扫描电镜(SEM)和日本精工JOEL JSM-2100F透射电镜(TEM)观察复合材料的微观形貌.2 试验结果与讨论2.1 Si@C复合物的性能图1为纳米硅和Si@C复合物的XRD谱图.由图1可知，Si和Si@C均在位于2θ为28.43°，47.29°，56.13°，69.13°，76.45°，88.07°左右处出现Si峰，分别对应硅的晶面(111)，(220)，(311)，(400)，(331)，(422).包覆碳前后硅特征峰的位置基本一致.图谱中2θ为25°左右处有一个宽化的弥散峰，没有观察到其他明显的特征峰，表明沥青热解生成的碳为无定形态.图1 材料的XRD图Fig.1 XRD patterns of the materials图2为 Si@C复合物的SEM和TEM及Si材料SEM图.由图2(a～e)给出的Si@C 复合物的SEM和TEM图可以清晰地看出，纳米硅颗粒表面包覆着一层稳定致密的碳层，硅颗粒通过包覆碳层连接成的导电性骨架形成良好的电接触.多个这样的一次小颗粒组成较大的二次颗粒，如图2(b)、2(c)和2(e)所示.Si@C二次颗粒尺寸大小均匀，分散性较好.图2(f)为纳米硅的SEM图，与图2(c)相比，发现通过喷雾干燥热解可以有效地在纳米硅表面包覆碳膜.图2 Si@C复合物的SEM和TEM图及Si材料SEM图(a),(b),(c)Si@C复合物的SEM；(d),(e) Si@C复合物的TEM；(f) Si材料的SEMFig.2SEM(a,b,c) ,TEM(d,e) images of Si@C composites and image of SEM(f) of Si 图3 Si和Si@C复合物的电化学性能 (a) 首次充放电曲线；(b)循环性能曲线Fig.3 The electrochemical performance of Si@C composites and Si (a) the first charge/discharge curves；(b) the cycling performance curves将Si和Si@C复合物分别组装模拟电池进行充放电循环测试，其电化学性能如图3所示.图3(a)为电池的首次充放电曲线.由图3(a)可知，两种硅材料在首次放电曲线0.9 V左右处均出现倾斜下降的一个小平台，对应电解液浸润活性物质时，在活性物质颗粒表面形成SEI膜的过程.包覆Si@C复合物的平台电压略低于未包覆Si 材料，说明包碳可以促进电极表面SEI膜的生成.首次放电曲线上较长的电压平台是典型的晶体硅嵌锂电压平台.与Si材料的嵌锂平台电压相比，Si@C复合物的嵌锂平台低，主要原因是碳包覆层增强了Si@C复合物的表面电性，降低了电极表面极化.图3(b)为电池的循环曲线.由图3(b)可知，Si@C的首次循环放电比容量为1706.4 mAh/g，首次库仑效率为86.5%.循环80周后，容量仍有731.2 mAh/g，容量保持率达到42.9%；纳米硅的首次放电比容量为2915.8 mAh/g，首次库伦效率为79.4%.经80周循环后，放电比容量仅有66.6 mAh/g.与纯硅材料相比，Si@C复合物的库仑效率和循环性能明显提高.将硅颗粒均匀分散于碳基体获得具有包覆型的Si@C复合物，热解碳在硅颗粒表面形成的一层无定形碳膜具有缓冲硅体积效应和增强复合材料电子导电率的作用，可避免内部硅颗粒与电解液直接接触，形成完整的SEI膜，在一定程度上改善了复合材料电极的充放电性能.2.2 Si@C/G复合材料的性能将Si@C复合物直接应用于锂离子动力电池，循环稳定性仍然难以达到使用要求.基于石墨的高导电性，在牺牲一定放电容量的前提下，将Si@C复合物和石墨混合后制得Si@C/G复合材料，可进一步提升负极材料的充放电性能.图4(a)为Si@C/G复合材料样品a,b,c的首次充放电曲线.由图4(a)可知，首次放电曲线在0～0.2 V之间的一个明显的放电平台与锂离子嵌入活性物质硅和石墨的过程相对应，由于两种物质的嵌锂电位较相近，曲线上仅显示出一个平台.首次充电曲线上位于0.15 V，0.45V左右的两个电压平台则分别对应着锂离子从石墨、硅中脱出的过程.随着样品a,b,c中Si@C复合物含量的增加，充电平台延长，复合材料的比容量增大.图4 Si@C/G复合材料的电化学性能(a)首次充放电曲线；(b)循环性能曲线Fig.4 The electrochemical performance of Si@C/G composites (a) the first charge/discharge curves；(b) the cycling performance curves图4(b)为Si@C/G复合材料a,b,c三种样品的循环性能曲线.由图4(b)可知，三种复合材料首次放电比容量分别为559.5 mAh/g，695.4 mAh/g和779 mAh/g，首次库仑效率分别为86.8%，86.1%，86.2%.循环80周后，放电比容量分别为497 mAh/g，596.6 mAh/g和627.1 mAh/g，容量保持率分别为88.8%，85.8%和80.5%，平均每周容量衰减率分别仅为0.14%，0.18%和0.24%.三种复合材料表现出良好的循环稳定性，主要是由于纳米硅颗粒的表面包覆碳层和石墨有效缓解了硅材料在锂化过程中的体积膨胀.特别是石墨基体在硅颗粒膨胀时能够承受较大的弹性形变，使嵌锂过程中的残余应力较小.同时，石墨的良好导电性和容量特性也显著改善了Si@C复合物的综合电化学性能.从平衡放电容量、首次库仑效率和循环稳定性的角度来看，Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85(样品b)的硅碳复合材料的电化学性能稍优.该复合材料的XRD图如图5所示.图5 复合材料样品b的XRD图Fig.5 XRD patterns of sample b从图5可以看出，在2θ为26.56°，44.39°和54.54°处出现石墨特征峰.复合材料的Si@C复合物颗粒均匀地附着在石墨表面，分散性较好，见图6.图6 复合材料样品b不同放大倍数的SEM图Fig.6 SEM images of sample b3 结论通过喷雾干燥热解的方法制备核壳型Si@C复合物，将Si@C复合物和石墨混合制得Si@C/G复合材料，可作为锂离子动力电池的负极材料.当Si@C/G复合材料中Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85时，在100 mA/g的恒电流下，首次放电比容量为695.4 mAh/g，首次库仑效率为86.1%.循环80周后容量仍有596.6 mAh/g，容量保持率达到85.8%.【相关文献】[1] 王静，陈志柠，郭玉忠，等.有序介孔硅/碳复合结构负极材料的制备与电化学性能研究[J].无机材料学报，2018，33(3)：313-319.[2] 罗金华，倪伟.三维纳米硅/多孔碳的储锂性能[J].电池，2017，47(6)：328-331.[3] 白雪君，刘婵，侯敏，等.锂离子电池硅/碳纳米管/石墨烯自支撑负极材料研究[J].无机材料学报，2017，32(7)：705-712.[4] PAIREAU C，JOUANNEAU S，AMMAR M R，et al. Si/C composites prepared by spary drying from cross-linked polyvinyl alcohol as Li-ion batteries anodes[J]. Electrochimica Acta，2015，174：361-368[5] LAI Jun，GUO Hua-jun，LI Xiang-qun，et al.Silicon/flake graphite/carbon anode materials prepared with different dispersants by spray-drying method for lithium ion batteries[J].Trans Nonferrous Met Soc China，2013，23：1413-1420.[6] LIU Xiaohua，LI Zhong，SHAN Huang，et al.Size-dependent fracture of silicon nanoparticle during lithiation [J].ACS Nano，2012，6(2)：1522-1531.[7] LI Hong，HUANG Xuejie，CHEN Liquan，et al.A high capacity nano-Si composite anode material for lithium rechargeable batteries[J].Electrochemical and solid-state letters，1999，2(11)：547-549.[8] ZHOU Yu，GUO Huajun，WANG Zhixing，et al.Improved electrochemical performance of Si/C material based on the interface stability[J].Journal of Alloys and Compounds，2017，725：1304-1312.[9] CHEN Hedong，WANG Zhoulu，HOU Xianhua，et al.Mass-producible method for preparation of a carbon-coated graphite@plasma nano-silicon@carbon composite with enhanced performance as lithium ion battery anode[J].Electrochimica Acta，2017，249：113-121.[10] LI Xiaotian，YANG Dandan，HOU Xiaocun，et al.Scalable preparation of mesoporous silicon@C/graphite hybrid as stable anodes for lithium-ion batteries[J].Journal of Alloys and Compounds，2017，728：1-9.[11] YUN Qinbai，QIN Xianying，HE Yanbing，et al.Micron-sized spherical Si/C hybrids assembled via Water/Oil system for high-performance lithium ionbattery[J].Electrochimica Acta，2016，211：982-988.[12] 杨昱霖，高铭，梁静爽，等.硅纳米粒子聚苯胺包覆改性及其嵌/脱锂电化学性能[J].无机化学学报，2017，33(12)：2262-2270.[13] 李纯莉，杨广，张平，等.石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能[J].电化学，2015，21(6)：572-576.[14] SOURIC J，BORDE A，BOULINEAU A，et al.Core-shell amorphous silicon-carbon nanoparticles for high performance anodes in lithium ion batteries[J].Journal of Power Sources，2016，328：527-535.[15] ZHUANG Xiangyang，ZHANG Yao，HE Lingxiao，et al.Scalable synthesis of nano-Si embedded in porous C and its enhanced performance as anode of Li-ionbatteries[J].Electrochimica Acta，2017，249：166-172.。
锂离子电池硅碳复合负极材料结构设计与研究进展
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。
锂离子电池多孔硅／碳复合负极材料研究
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
2021硅碳负极研究报告
2021硅碳负极研究报告
2021 年的硅碳负极材料研究报告
硅碳负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，近年来受到了广泛的研究关注。
2021 年，许多学者在硅碳负极材料的制
备方法、电化学性能以及应用领域等方面进行了深入的研究。
首先，关于硅碳负极材料的制备方法，研究者们提出了一些新的合成策略。
例如，利用化学气相沉积法在多孔碳材料上包覆硅纳米颗粒，能够增加材料的导电性和电化学反应活性。
同时，采用溶胶-凝胶法制备硅碳复合材料，可以实现控制硅和碳之
间的化学反应过程，从而调控材料的结构和性能。
这些新的合成方法为硅碳负极材料的制备提供了新的思路。
其次，研究者们对硅碳负极材料的电化学性能展开了广泛的研究。
他们发现，硅碳负极材料具有较高的理论比容量和优秀的循环稳定性。
此外，通过结构调控和表面处理等手段，可以进一步提高硅碳负极材料的电化学性能。
例如，利用石墨烯包覆硅碳负极材料，不仅可以提高材料的导电性，还可以抑制硅纳米颗粒的体积膨胀，从而改善材料的循环性能。
最后，在应用方面，硅碳负极材料被广泛应用于锂离子电池、储能电池和柔性电子等领域。
例如，利用硅碳负极材料构建的锂离子电池能够实现较高的能量密度和循环稳定性，具有很大的应用潜力。
此外，硅碳负极材料的柔性性质使其可以用于可穿戴设备和柔性电子器件等领域。
总之，2021 年的硅碳负极材料研究主要集中在材料的制备方法、电化学性能以及应用领域等方面。
通过深入研究，研究者们不断提出新的合成策略，进一步提高硅碳负极材料的性能，并探索了其在各个领域的应用前景。
预计随着技术的不断进步，硅碳负极材料将在未来得到更广泛的应用。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析1. 石墨传统的锂电池负极材料主要是石墨，其拥有优良的导电性、循环稳定性和结构稳定性，但其比容量较低，不能满足快速发展的锂电池领域的需求。
2. 硅基材料由于硅材料的比容量远远高于石墨，因此硅基材料被广泛研究作为潜在的替代石墨的锂电池负极材料。
硅材料的主要问题是其体积膨胀率较高，导致循环稳定性较差，因此研究人员通过合成纳米结构、包覆保护层等手段来改善硅材料的性能。
目前，硅基材料已经取得了一定的研究进展。
除了传统的石墨材料外，碳基材料也是研究的热点之一。
石墨烯、碳纳米管等碳基材料因其优异的电导率、大比表面积和良好的化学稳定性，成为了备受关注的锂电池负极材料。
近年来，研究人员通过控制碳材料的结构和形貌，进一步改善了其电化学性能。
4. 金属氧化物二、锂电池负极材料的展望分析随着新能源汽车、储能系统等领域的快速发展，锂电池的需求量越来越大，因此对于锂电池负极材料的研究也变得越发重要。
从目前的研究进展来看，锂电池负极材料的研究主要集中在提高比容量、改善循环稳定性及安全性等方面。
1. 提高比容量目前，硅基材料因其较高的比容量备受关注，但其循环稳定性需要进一步提高。
未来的研究方向之一是寻求更多的具有高比容量、耐循环的新型材料，并且通过纳米结构、包覆保护层等手段来改善其性能。
2. 改善循环稳定性硅基材料、金属氧化物等材料由于其体积膨胀率较大，因此循环稳定性较差，因此未来的研究方向之一是如何通过结构设计、界面工程等手段来改善这些材料的循环稳定性，提高锂离子的嵌入/脱嵌动力学。
3. 提高安全性随着新能源汽车的快速发展，锂电池的安全性成为了研究的重点之一。
如何降低锂电池的燃烧、爆炸风险，提高锂电池的安全性也成为了未来研究的重点之一。
锂电池负极材料的研究一直是锂电池领域的热点之一。
随着新能源汽车、储能系统等领域的发展，对于锂电池负极材料性能的要求也越来越高。
未来，研究人员需要通过材料设计、界面工程、结构优化等手段，不断改善锂电池负极材料的性能，为锂电池的进一步发展奠定更加坚实的基础。
2024年锂电池硅碳负极材料市场发展现状
2024年锂电池硅碳负极材料市场发展现状导言随着可再生能源的快速发展和电动汽车市场的蓬勃发展，锂电池作为其中的核心能源储存技术得到了快速的普及和应用。
作为锂离子电池的重要组成部分，负极材料在电池性能和循环寿命方面起到了至关重要的作用。
近年来，锂电池硅碳负极材料因其优异的电化学性能和较高的能量密度，在市场上引起了广泛的关注。
本文将对2024年锂电池硅碳负极材料市场发展现状进行分析和探讨。
1. 锂电池硅碳负极材料简介锂电池硅碳负极材料，又称硅碳复合材料，是一种以硅和碳为主要成分的负极材料。
它通过融合硅和碳的优点，具有高容量、良好的循环性能和较高的能量密度等特点。
相对于传统的石墨负极材料，硅碳负极材料具有更高的理论比容量和更低的电位平台，具备了更大的发展潜力。
2. 锂电池硅碳负极材料市场规模目前，全球锂电池硅碳负极材料市场正处于快速发展阶段。
根据市场研究公司的数据，2019年全球硅碳负极材料市场规模约为XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将以每年XX%的复合年增长率增长，预计达到XX亿美元。
3. 锂电池硅碳负极材料市场驱动因素锂电池硅碳负极材料市场的快速增长主要受到以下因素的驱动：3.1 电动汽车市场的快速发展随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，电动汽车市场快速增长。
由于硅碳负极材料具有高能量密度和高容量等特点，被广泛应用于电动汽车的锂离子电池中。
3.2 可再生能源的普及随着可再生能源的快速发展，能源储存技术需求日益增长。
硅碳负极材料具有高能量密度和较长的循环寿命，可以满足可再生能源的储能需求。
3.3 硅碳负极材料的优势相比传统的石墨负极材料，硅碳负极材料具有更高的理论比容量和较低的电位平台，可以提高锂电池的能量密度和循环寿命。
这使得硅碳负极材料成为锂电池行业发展的热点。
4. 锂电池硅碳负极材料市场挑战虽然锂电池硅碳负极材料市场前景广阔，但也面临一些挑战：4.1 成本问题目前，硅碳负极材料的生产成本较高，限制了其大规模应用和市场发展。
一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法与应用
锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法与应用
一、锂离子电池硅碳复合负极材料
锂离子电池硅碳复合负极材料是一种具有优异性能的电池负极材料，主要由硅颗粒、碳材料和导电剂等组成。
硅颗粒具有良好的电化学性能，能够提供较高的能量密度；碳材料具有良好的导电性和稳定性，能够提高电极的电化学性能；导电剂能够提高电极的导电性能。
二、制备方法
锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法包括以下步骤：
1. 将硅颗粒、碳材料和导电剂按照一定比例混合均匀；
2. 将混合物放入球磨机中球磨，以获得均匀的混合物；
3. 将混合物放入烘箱中烘干，以去除其中的水分；
4. 将烘干后的混合物进行压片处理，以获得具有一定形状和厚度的电极片；
5. 将电极片进行高温烧结处理，以使各组分充分结合在一起。
三、应用
锂离子电池硅碳复合负极材料具有优异的电化学性能和稳定性，因此在电动汽车、电动自行车、电动工具等领域具有广泛的应用前景。
同时，由于其高能量密度和长循环寿命等优点，也适用于大规模储能领域。
总之，锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法与应用具有广泛的应用前景和市场价值。
硅和锗基纳米材料的合成及作为锂离子电池负极材料的研究
硅和锗基纳米材料的合成及作为锂离子电池负极材料的研究一、本文概述随着全球对可持续能源需求的日益增长，锂离子电池（LIBs）作为一种高效、环保的储能技术，已广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。
作为LIBs的重要组成部分，负极材料的性能对电池的整体性能具有决定性作用。
近年来，硅和锗基纳米材料因其高理论容量、低工作电位和资源丰富等优点，成为LIBs负极材料的研究热点。
本文旨在探讨硅和锗基纳米材料的合成方法，并深入研究其作为锂离子电池负极材料的性能。
我们将概述硅和锗基纳米材料的基本性质，包括其结构、电子特性和电化学性能。
接着，我们将详细介绍硅和锗基纳米材料的合成方法，包括物理法、化学法和生物法等，并对比各种方法的优缺点。
在此基础上，我们将重点研究硅和锗基纳米材料作为LIBs负极材料的电化学性能，包括其容量、循环稳定性和倍率性能等。
通过实验表征和理论计算，我们将深入探讨硅和锗基纳米材料在充放电过程中的结构演变和电化学行为。
本文还将关注硅和锗基纳米材料在实际应用中所面临的挑战，如体积膨胀、导电性差等问题，并提出相应的解决方案。
通过优化材料结构和合成方法，我们期望能够提高硅和锗基纳米材料作为LIBs负极材料的性能，为LIBs技术的发展提供新的思路和方法。
本文旨在全面深入地研究硅和锗基纳米材料的合成及其作为LIBs负极材料的性能，为LIBs技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、硅和锗基纳米材料的合成方法硅和锗基纳米材料的合成方法多种多样，每种方法都有其独特的优点和适用场景。
这些合成方法的选择通常取决于所需纳米材料的尺寸、形貌、结构以及应用领域。
以下将详细介绍几种常用的硅和锗基纳米材料合成方法。
化学气相沉积法（CVD）：这是一种在气态条件下，通过化学反应生成固态物质并沉积在加热的固态基体表面，进而制备纳米材料的方法。
在硅和锗基纳米材料的合成中，CVD法可以通过精确控制反应条件，制备出具有特定形貌和结构的纳米材料。
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石墨具有优异的机械性能和导电性，与硅复合后可有效提 高材料的导电性，同时缓解硅在嵌 ／脱锂过程中的体积效应，提 高材料的循环稳定性和储锂能力。
Ｊｅｏｎｇ等人通过水热碳化的方法制备出硬碳涂层纳米硅 ／ 石墨（ＨＣ－ｎＳｉ／Ｇ）复 合 材 料［５］。ＨＣ－ｎＳｉ／Ｇ复 合 电 极 的 比 容 量高达 ８７８．６ｍＡｈ／ｇ，具有优异的电化学性能，良好的循环稳定 性和倍率性能。在这种具有分层结构的复合材料中（图 １），硬 碳涂层不仅提供电子转移的有效途径，还可缓解硅在锂化过程 中的体积变化。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｔａｂｌｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅａ ｎｅｗａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇｒａｐｈｉｔｅａｎｏｄｅｓ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｉ＠Ｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｍａｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｉｌｌｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｉｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆＳｉ＠Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｒｏｍ ｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｍａｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃａｒｂｏｎｍａｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌ
第 １５期
瞿诗鹏：硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展
·６７·
硅碳复合材料作为锂离子电池负极材料研究进展
瞿诗鹏
（天津工业大学 材料科学与工程学院，天津 ３００３８７）
摘要：硅碳复合材料具有高理论比容量和稳定的循环性能等优势，成为有望替代传统石墨负极的新型负极材料。近年来，人们对于硅碳 复合材料的研究已经取得巨大进展，不同的碳基质材料以及制备方法都会对其性能产生重要影响，因此本文主要从碳基质材料的种类 及其制备方法来讨论硅碳复合材料的研究现状。 关键词：硅碳复合材料；负极材料；碳基质材料 中图分类号：ＴＭ９１１．１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９） 良 的 机 械 强 度、柔 韧 性 以 及 高 的 电 子 迁 移
１．２ 硅 ／无定形碳复合材料
无定形碳来源广 泛，且 其 可 逆 容 量 较 高，热 解 无 定 形 碳 层 可有效缓解硅的体积效应，提高复合材料的导电性。
Ｚｈｏｕ等通过化学还原和热处理法合成了硅 ／碳纳米球（Ｓｉ ＠ＣＮｓ）复合材料［７］。这种复合材料是由无定形碳层包覆着硅 颗粒，且硅颗粒和碳纳米球均匀分散在复合材料中。独特的碳 骨架可缩短离子扩散距离并增大比表面积，有效的增强了材料 的电子传输能力并缓解了硅的体积效应。复合材料在 ０．２Ａ／ｇ 的电流密度下，首次可逆比容量为 ８８９ｍＡｈ／ｇ，且循环 ５０圈后 仍保持 ６１１ｍＡｈ／ｇ的充电容量，这主要归因于材料良好的结构 稳定性和电子导电性。
研究人员对硅碳复合材料进行了大量的研究并取得了显 著成果，本文主要按照碳材料的一般分类方法以及硅碳复合材
料的制备方法对其研究进展及现状进行论述与分析。
１ 硅碳复合材料
硅碳复合材料可有效避免电解液与硅的直接接触，减少由 硅表面悬键引起的电解液分解，还可提高材料的导电性。传统 碳材料有石墨 ［５－６］、无 定 形 碳 ［７］和 中 间 相 碳 微 球 等，新 型 碳 材 料包括石墨烯［８］、碳纳米管［９］和碳纳米线等。
近年来，由于 人 们 对 能 源 的 需 求 日 渐 增 加，使 得 化 石 能 源 快速枯竭且造成严重的环境污染，而新型清洁能源的开发和利 用能够有效缓解能源枯竭造成的种种困境，因此人们对新型能 源的研发也越发关注。锂离子电池则由于具有比能量高、工作 电压高和循环寿命长等优势而成为当今新能源开发领域的研 究热点［１］。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要是以具有 稳定工作电压和良好循环性能的石墨类材料为主，但其理论容 量较低，这限制了 锂 离 子 电 池 的 长 远 发 展，因 此 研 发 高 容 量 负 极材料具有重要意义。硅由于具有理论容量高（４２００ｍＡｈ／ｇ）， 嵌锂电位低（０．５Ｖ）以及储量丰富等优势被认为是理想的锂离 子电池负极材料［２］。但是在脱 ／嵌锂过程中硅存在严重的体积 膨胀，这会导致 电 极 材 料 粉 化 并 从 集 流 体 上 脱 落 ［３］。 另 外，在 锂化过程中 ＳＥＩ膜会不断破碎重组，消耗大量活性 Ｌｉ＋，致使库 伦效率降低，电池容量衰减［４］。碳材料具有优异的导电性和机 械性能，且能够与 硅 很 好 地 兼 容，因 此 硅 碳 复 合 材 料 能 够 显 著 提高电极材料的储锂能力、导电性和循环稳定性。
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＳｉ／ＣＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｓＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ
ＱｕＳｈｉｐｅｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）
图 １ 互联 ＨＣ－ｎＳｉ／Ｇ复合材料的合成示意图
收稿日期：２０１９－０５－０８ 作者简介：瞿诗鹏（１９９３—），男，河南人，硕士学历，主要从事锂离子电池硅碳负极材料方面的研究。
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山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第 ４８卷