鋰電池使用Si材(cai)料做負(fu)極(ji)(ji)(ji)，理論上具有(you)超(chao)高的(de)理論比容量3590mAh/g和(he)較(jiao)高的(de)工作電(dian)(dian)(dian)壓，被認為是(shi)最有(you)希望替代商業用石(shi)墨的(de)負(fu)極(ji)(ji)(ji)之(zhi)一(yi)，且資源豐(feng)富(fu)，環境友好 。然(ran)而(er)，目(mu)前(qian)鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池使用Si負(fu)極(ji)(ji)(ji)的(de)實際(ji)應用受到(dao)多重(zhong)阻礙。主要原因是(shi)Si在完全脫(tuo)鋰(li)后體積(ji)變化較(jiao)大，在反復的(de)嵌鋰(li)/脫(tuo)鋰(li)過程中(zhong)產生(sheng)膨(peng)脹/收縮應力，導致(zhi)Si材(cai)料發生(sheng)嚴重(zhong)斷裂。這(zhe)導致(zhi)Si表面(mian)形成不穩定(ding)的(de)固(gu)(gu)體電(dian)(dian)(dian)解質界面(mian)膜，不斷消(xiao)耗(hao)電(dian)(dian)(dian)解質，從而(er)導致(zhi)快(kuai)速的(de)不可(ke)逆容量損失和(he)較(jiao)低(di)(di)的(de)初(chu)始庫侖(lun)效率(lv)。此(ci)外，Si固(gu)(gu)有(you)的(de)低(di)(di)電(dian)(dian)(dian)導率(lv)和(he)低(di)(di)鋰(li)離(li)子擴(kuo)散(san)系數，也顯著影響Si電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)倍率(lv)性能和(he)庫倫效率(lv)。這(zhe)些問題(ti)必須在硅電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)實際(ji)應用之(zhi)前(qian)得到(dao)解決。

在(zai)過去，人們致力(li)于(yu)提高硅(gui)基負(fu)極材(cai)料的(de)(de)(de)電化學(xue)性能。通(tong)(tong)常是將硅(gui)的(de)(de)(de)顆粒尺寸減小到(dao)納米(mi)級(ji)或者具有(you)(you)非晶結(jie)構特(te)(te)征時，這樣可(ke)以釋放(fang)由(you)于(yu)體積變化過大而(er)引起的(de)(de)(de)結(jie)構應力(li)。然而(er)，納米(mi)硅(gui)顆粒具有(you)(you)較(jiao)大的(de)(de)(de)表面能，容(rong)易發(fa)生團聚從而(er)導致容(rong)量的(de)(de)(de)衰減，從而(er)抵消了納米(mi)顆粒的(de)(de)(de)優勢。除(chu)此(ci)之(zhi)外，僅通(tong)(tong)過Si納米(mi)化對導電性差(cha)的(de)(de)(de)問題(ti)也無(wu)明(ming)顯改善。因(yin)此(ci)，將Si與其(qi)(qi)他(ta)材(cai)料通(tong)(tong)過合(he)適的(de)(de)(de)制備方法(fa)進(jin)行復合(he)得到(dao)硅(gui)基復合(he)材(cai)料，利用其(qi)(qi)他(ta)材(cai)料的(de)(de)(de)物理特(te)(te)性來改善單(dan)質(zhi)硅(gui)的(de)(de)(de)電化學(xue)性能。

其中(zhong)(zhong)，較為理想的(de)方法是將納米硅(gui)顆粒與結(jie)構穩定且(qie)導電(dian)(dian)性能(neng)優異的(de)基體(ti)材料復(fu)(fu)合(he)(he)，在充分發(fa)揮硅(gui)材料高(gao)容量的(de)同(tong)時，用基體(ti)材料緩解硅(gui)的(de)體(ti)積膨脹效應并提(ti)供電(dian)(dian)子(zi)和鋰離子(zi)的(de)傳輸(shu)通(tong)道。硅(gui)基復(fu)(fu)合(he)(he)材料是高(gao)容量鋰離子(zi)電(dian)(dian)池負極材料的(de)重要發(fa)展方向，目(mu)前大(da)量的(de)研究工作集中(zhong)(zhong)在硅(gui)/金屬復(fu)(fu)合(he)(he)材料，硅(gui)/碳復(fu)(fu)合(he)(he)材料以及二者的(de)有(you)效結(jie)合(he)(he)上。

目(mu)前，無論(lun)惰性(xing)金(jin)(jin)屬還是(shi)(shi)活性(xing)金(jin)(jin)屬作為基體材(cai)(cai)料(liao)(liao)與硅(gui)復(fu)合(he)，對鋰(li)電(dian)池整體電(dian)極的(de)循環穩定性(xing)提升的(de)效(xiao)果均不(bu)明顯(xian)，且(qie)大部分金(jin)(jin)屬的(de)價格較高(gao)。碳類材(cai)(cai)料(liao)(liao)具有優異的(de)柔(rou)韌性(xing)、導電(dian)性(xing)、機械強度和(he)循環穩定性(xing)，且(qie)來源豐富、成本(ben)低。大量研究(jiu)工作表明，石墨(mo)、碳納米管、石墨(mo)烯(xi)和(he)氧化(hua)石墨(mo)烯(xi)等(deng)碳材(cai)(cai)料(liao)(liao)，均可(ke)以(yi)通過不(bu)同制備方法與硅(gui)復(fu)合(he)，有效(xiao)地緩解硅(gui)的(de)體積膨脹(zhang)效(xiao)應，并提高(gao)鋰(li)離子(zi)和(he)電(dian)子(zi)導通性(xing)，有效(xiao)改善(shan)其電(dian)化(hua)學性(xing)能。因此(ci)，硅(gui)/碳復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)一(yi)(yi)直是(shi)(shi)硅(gui)基復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)主要研究(jiu)方向，也是(shi)(shi)目(mu)前鋰(li)電(dian)池研究(jiu)發展的(de)方向之一(yi)(yi)。