鋰離子電池是目前應用較為廣泛的二次電池系統之一。相關于其他可充電電池，如鎳鎘、鎳氫電池，鋰離子電池具有更高的能量密度、更高的工作電壓、有限的自放電和更低的維護成本。但目前商業石墨負極無法滿足可攜式電子設備、電動汽車等儲能應用日益上升的能量密度和操作可靠性需求。因此，硅作為新一 代負極材料，引起了學術界和商業界的廣泛關注。

一、硅負極材料概述

硅相關于傳統石墨材料具有很高的理論比容量，且硅的電壓平臺略高于石墨，在充電時不易引起表面析鋰，安全性能更好。硅是地殼中第 二豐富的元素，豐富的儲量使其原料來源充足，價格低廉。但硅作為半導體材料，導電率較低，鋰離子的嵌入與脫出會使硅體積發生相對較大的膨脹與收縮，并使材料粉化、結構坍塌，然后脫離集流體，電池循環性能大大降低。目前，通常采用硅負極材料納米化、復合化和合金化等方法來提高其結構穩定性，改善硅負極循環性能。

二、硅納米材料

動力電池生產廠家認為為了改善硅基負極材料的循環穩定性，通常將硅材料納米化，重要研究方向有:硅納米顆粒、硅納米線、硅薄膜和3D多空硅等。納米硅顆粒及其復合材料。將硅顆粒放進不同基質的緩沖層中，通過適應體積膨脹和吸收應力，可以有效提高硅負極的循環性能，特別是碳材料，如石墨、碳納米管、石墨烯等已被廣泛應用于Si/C復合材料。嵌入型硅碳復合材料意味著硅顆粒被嵌入到一個持續的碳基體中，通?；w是持續致密的。因此，鋰離子在復合材料中的擴散會受到阻礙。通過調整碳基體的結構和形態可以提高硅基負極的性能。不同類型的碳基體可以為離子和電子供應不同的運輸路線，并有利于電解液的潤濕。

三、硅合金材料

除了硅納米材料之外，將硅中加入金屬元素也可以有效地改善硅基負極的循環性能。金屬與硅形成合金，一方面金屬可以減緩體積膨脹;另一方面，電子富集程度新增使鋰的嵌入更加容易。但是金屬作為非活性物質限制了材料的比容量。目前有Fe－Si、Ni－Si、Cu－Si、Ti－Si等硅合金材料。通過高能球磨方法用金屬粉末制備出了Ti－Si和Ti－Si－Al合金，該材料具有良好的循環性能，并且研究了球磨時間對電化學性能的影響。Yin等通過球磨得到了Si－Cu合金，然后進一步添加碳球磨得到了SiCuC復合材料，表現出了比純硅好的循環穩定性。在硅合金負極機理方面也有相關的研究。固體電解質界面在循環中對硅基負極起到保護的用途，并對硅的體積膨脹也起到了一定的緩沖用途。因此在硅基負極材料的研究與應用中，電解液、粘結劑和溶劑的選擇值得深入研究。

雖然硅基負極材料性粉、循環穩定問題已被科研人員深入研究并得到了很好的解決，具有高比容和長壽命，但是還沒有實現大規模的商業化應用。幾個關鍵問題，如庫倫效率、質量負載密度以及制備成本等要進一步優化處理。粘結劑的選擇與改性可能會成為降低成本和商業化的相對較好路徑。但要使硅基負極在動力儲能等方面發揮出更大更好的價值，仍需科研人員進一步研究與發掘。