鋰電池作為當前商用最熱門的電池之一，提高其單位重量的能量密度一直是重要的研發方向，目前鋰電池負極硅碳復合材料(liao)結構(gou)設計是提升(sheng)容量(liang)的研究(jiu)領域(yu)之一，那么這(zhe)些結構(gou)設計有(you)哪些類型(xing)呢？

1、鋰(li)電(dian)池負極硅(gui)碳復合材料結構設計之核殼結構

鋰電(dian)池負極(ji)硅碳復合(he)材(cai)料(liao)在研究初期，復合(he)手段非常有限，主要是將Si粉和各(ge)種(zhong)碳質材(cai)料(liao)混合(he)然(ran)后(hou)通(tong)過球(qiu)磨的方式獲得包覆型Si/C復合(he)材(cai)料(liao)。采用(yong)導(dao)電(dian)碳殼層(ceng)完全包覆固體(ti)硅芯，合(he)成了核(he)殼Si/C復合(he)材(cai)料(liao)。核(he)殼結構(gou)具有以下優(you)點：①提高(gao)了電(dian)子導(dao)電(dian)性；②提供機械支撐，以適應鋰嵌入/脫出過程(cheng)中Si的體(ti)積膨脹；③隔離Si與電(dian)解液，從而(er)減少與電(dian)解液副反應的發生穩定(ding)SEI膜，提高(gao)首次庫(ku)倫效(xiao)率。

碳材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中氮(dan)摻(chan)雜可(ke)以(yi)進一步提(ti)高(gao)(gao)導電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)(he)儲能(neng)能(neng)力。因此(ci)(ci)，采用氮(dan)摻(chan)雜石墨烯(xi)基(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)包覆納(na)米硅(gui)將提(ti)高(gao)(gao)硅(gui)/碳復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。二(er)維(wei)碳材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)在改善鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)硅(gui)基(ji)負(fu)(fu)極電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)方面具(ju)有(you)(you)很大(da)的(de)優(you)越性(xing)(xing)(xing)(xing)。Mu等以(yi)檸檬酸(suan)、三聚氰胺和(he)(he)SiNH2為(wei)原料(liao)(liao)(liao)，通(tong)過羧基(ji)和(he)(he)氨基(ji)之間的(de)自(zi)組(zu)裝，合(he)成了(le)一種石墨烯(xi)結構的(de)富(fu)氮(dan)碳硅(gui)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)（NRC/Si）。具(ju)有(you)(you)二(er)維(wei)結構的(de)NRC/Si復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)能(neng)夠有(you)(you)效地緩沖硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)在循(xun)環(huan)過程中的(de)體積變(bian)化(hua)(hua)(hua)。同時，富(fu)氮(dan)的(de)摻(chan)雜提(ti)高(gao)(gao)了(le)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)導電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)(xing)，有(you)(you)利于(yu)充放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)過程中的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷轉(zhuan)移(yi)。NRC/Si作為(wei)鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)負(fu)(fu)極材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，具(ju)有(you)(you)良(liang)好的(de)循(xun)環(huan)穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)倍率(lv)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，在2A/g和(he)(he)5A/g的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密度下循(xun)環(huan)300次(ci)后分別保持有(you)(you)1000mAh/g和(he)(he)572mAh/g的(de)可(ke)逆容(rong)量。此(ci)(ci)外(wai)，NRC/Si復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)合(he)成方法(fa)具(ju)有(you)(you)成本效益高(gao)(gao)、環(huan)境友好、工業(ye)可(ke)擴展性(xing)(xing)(xing)(xing)強等優(you)點，是(shi)制備高(gao)(gao)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)負(fu)(fu)極材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)理想(xiang)方法(fa)。

Su等(deng)(deng)通(tong)過兩(liang)步原位碳(tan)包覆法(fa)，將(jiang)納(na)米(mi)硅粉和酚醛樹脂分(fen)散(san)到氧(yang)化石墨(mo)(mo)烯(xi)懸(xuan)浮液中高溫熱解(jie)制備出硅/碳(tan)/氧(yang)化石墨(mo)(mo)烯(xi)復(fu)合材(cai)料，該復(fu)合材(cai)料在(zai)(zai)不同電流(liu)密度(du)(du)下(xia)均(jun)具(ju)(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)充電容(rong)量(liang)(liang)，并表現(xian)出良(liang)好的(de)(de)(de)倍率性(xing)(xing)能。He等(deng)(deng)以低(di)成(cheng)本(ben)可(ke)再(zai)生的(de)(de)(de)馬(ma)尾(wei)草為(wei)硅源，通(tong)過氣相沉積(ji)法(fa)熱分(fen)解(jie)聚吡咯合成(cheng)N雜的(de)(de)(de)硅碳(tan)納(na)米(mi)復(fu)合材(cai)料，表現(xian)出較(jiao)好的(de)(de)(de)長(chang)循環穩定性(xing)(xing)，在(zai)(zai)0.5A/g的(de)(de)(de)電流(liu)密度(du)(du)下(xia)循環450周后仍具(ju)(ju)有(you)1047.1mAh/g的(de)(de)(de)比容(rong)量(liang)(liang)，在(zai)(zai)更(geng)高 1A/g電流(liu)密度(du)(du)下(xia)循環760周后容(rong)量(liang)(liang)維持在(zai)(zai)750mAh/g。納(na)米(mi)硅的(de)(de)(de)高容(rong)量(liang)(liang)和納(na)米(mi)碳(tan)的(de)(de)(de)長(chang)周期(qi)穩定性(xing)(xing)的(de)(de)(de)協同作用，使納(na)米(mi)復(fu)合材(cai)料具(ju)(ju)有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能。由于高溫超(chao)導材(cai)料具(ju)(ju)有(you) 成(cheng)本(ben)低(di)、來源充足(zu)等(deng)(deng)優點，因(yin)此制備的(de)(de)(de)摻硅納(na)米(mi)復(fu)合材(cai)料具(ju)(ju)有(you)廣闊的(de)(de)(de)應用前景。

2、 鋰電池負極硅碳復合材料(liao)結構設(she)計之(zhi)蛋黃殼結構

在(zai)Si/C核殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，通過(guo)(guo)在(zai)硅(gui)核與碳(tan)殼(ke)之間引入額外的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)內部空(kong)隙，開(kai)發了(le)(le)一(yi)種具(ju)有(you)(you)蛋黃殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新型Si/C多相納米(mi)復(fu)合材(cai)料。蛋黃殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)(gou)由硅(gui)顆粒(li)(li)組成(cheng)，硅(gui)顆粒(li)(li)完全由一(yi)層(ceng)薄薄的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)保護(hu)，這層(ceng)碳(tan)有(you)(you)利(li)于鋰(li)離子(zi)與電子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)移為粒(li)(li)子(zi)間良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)提供了(le)(le)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)界面。蛋黃殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)(gou)內部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)隙提供了(le)(le)一(yi)個(ge)有(you)(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)來緩沖體積膨脹，并(bing)允許硅(gui)芯自(zi)由膨脹和收縮(suo)而不粉碎(sui)。這種巧妙的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計將(jiang)更有(you)(you)利(li)于形成(cheng)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)SEI層(ceng)，保持(chi)電極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)完整性。具(ju)有(you)(you)蛋黃殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Si/C復(fu)合材(cai)料通常(chang)通過(guo)(guo)基于模(mo)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)制備，該方(fang)法(fa)包括三個(ge)步驟：①模(mo)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合成(cheng)；②在(zai)模(mo)板(ban)上沉(chen)積碳(tan)；③通過(guo)(guo)溶解(jie)侵蝕或煅燒除去模(mo)板(ban)。其中，SiO2是最常(chang)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)板(ban)。

Zhang等報道(dao)了(le)一種由碳包(bao)覆剛性SiO2外殼制成的(de)(de)(de)新(xin)蛋黃殼結(jie)構的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)密(mi)度復(fu)合材(cai)(cai)料。該材(cai)(cai)料用嵌入的(de)(de)(de)Fe2O3納米顆粒（NPs）限制多個Si NPs（蛋黃）和(he)碳納米管（CNTs），獲得(de)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)振實密(mi)度和(he)優(you)異的(de)(de)(de)導(dao)電性可歸因于有效(xiao)(xiao)利用了(le)含有多個Si蛋黃，Fe2O3 NPs和(he)CNTs Li+儲(chu)存材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)內部空隙(xi)，以及通過CNT高(gao)(gao)(gao)速導(dao)電通道(dao)在(zai)內部Si蛋黃和(he)外殼之間(jian)的(de)(de)(de)橋接(jie)空間(jian)，有效(xiao)(xiao)地(di)提(ti)高(gao)(gao)(gao)電極的(de)(de)(de)整體電導(dao)率(lv)。以該材(cai)(cai)料為負極的(de)(de)(de)半電池可以獲得(de)3.6mAh/cm2的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)面(mian)積比(bi)容量(liang)和(he)450次(ci)循環后95％的(de)(de)(de)容量(liang)保持(chi)率(lv)。配合富Li的(de)(de)(de)Li2V2O5為正(zheng)極構造的(de)(de)(de)全電池在(zai)300次(ci)循環后，仍保留有260mAh/g的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)可逆容量(liang)。

與膠體模(mo)板(ban)相比，不穩定聚(ju)合物(wu)作模(mo)板(ban)可(ke)以(yi)在不進行酸堿腐蝕的情況(kuang)下形成用于無機納米顆(ke)粒(li)膨脹(zhang)的空(kong)(kong)(kong)隙。同時，它可(ke)以(yi)包封單個無機納米顆(ke)粒(li)，防(fang)止(zhi)(zhi)其聚(ju)集。此(ci)外，不穩定聚(ju)合物(wu)是(shi)一種理(li)想(xiang)的自犧牲模(mo)板(ban)，它占據了(le)一定的空(kong)(kong)(kong)間，防(fang)止(zhi)(zhi)了(le)熱解(jie)過程(cheng)中(zhong)的空(kong)(kong)(kong)隙坍塌，從而保證了(le)納米尺(chi)度上完美的空(kong)(kong)(kong)隙空(kong)(kong)(kong)間。Mi等使用聚(ju)乙烯亞胺(an)（PEI）在碳(tan)酸化過程(cheng)中(zhong)形成空(kong)(kong)(kong)隙，合成了(le)蛋黃殼結構的硅碳(tan)復合材料(liao)，在電(dian)流密度為0.2 A/g的情況(kuang)下，經過200次循環后容量為854.1mAh/g。

3、鋰電池負極硅碳復合(he)材料結構設計之多孔結構

采用(yong)多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)結(jie)構設計來改善Si/C負極(ji)性能(neng)的(de)原理與蛋(dan)黃(huang)殼結(jie)構相(xiang)似，即引入(ru)的(de)孔(kong)(kong)隙空間為(wei)Si在(zai)Li-Si合金化過程(cheng)中體積膨脹提供了(le)足夠的(de)空間，相(xiang)應(ying)地減小(xiao)了(le)顆粒接觸(chu)損失和界面應(ying)力，使得多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)Si/C復合材(cai)料的(de)電極(ji)在(zai)循環過程(cheng)中具有(you)非(fei)常穩定的(de)結(jie)構。此(ci)外，較大(da)的(de)比(bi)表(biao)面積和均勻分布的(de)通道縮(suo)短了(le)鋰離子(zi)的(de)擴散路徑，增加了(le)復合材(cai)料的(de)反應(ying)活(huo)性，從而提高(gao)了(le)倍率能(neng)力。因(yin)此(ci)，多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)Si/C復合負極(ji)材(cai)料在(zai)鋰離子(zi)電池中具有(you)快速充電的(de)潛力。多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)Si/C結(jie)構通常包括兩種(zhong)類型(xing)：①多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)硅基(ji)質碳層包裹，表(biao)示(shi)為(wei)p-Si/C；②Si NPs分散在(zai)多(duo)(duo)(duo)孔(kong)(kong)碳基(ji)質中，表(biao)示(shi)為(wei)Si/p-C。目(mu)前(qian)，p-Si/C結(jie)構通常是由SiO2經鎂熱還(huan)原合成(cheng)，且易于放大(da)。

在(zai)(zai)復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中引入多(duo)孔(kong)碳層(ceng)作為(wei)導電(dian)(dian)(dian)基體(ti)采(cai)用(yong)硅(gui)芯(xin)，以(yi)獲得更大的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)和(he)穩(wen)定性(xing)(xing)。碳層(ceng)獨特的(de)(de)(de)多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)為(wei)硅(gui)芯(xin)在(zai)(zai)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中體(ti)積(ji)膨脹提供了(le)空間。此(ci)外，還可以(yi)促進發光和(he)電(dian)(dian)(dian)子的(de)(de)(de)傳輸，從而降低電(dian)(dian)(dian)荷(he)轉移電(dian)(dian)(dian)阻(zu)。Shao等以(yi)葡萄糖為(wei)碳源(yuan)，多(duo)元F127為(wei)成(cheng)孔(kong)劑，在(zai)(zai)Si NPs存在(zai)(zai)下，采(cai)用(yong)水熱(re)法和(he)軟模板法制(zhi)備了(le)納米結(jie)構(gou)硅(gui)/多(duo)孔(kong)碳球(qiu)形(xing)(xing)復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)（N-SPC）。N-SPC復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有納米級的(de)(de)(de)多(duo)孔(kong)碳殼層(ceng)，具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)動力學(xue)性(xing)(xing)能。這種多(duo)孔(kong)結(jie)構(gou)有利于固體(ti)電(dian)(dian)(dian)解質界面(mian)膜(mo)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)以(yi)及電(dian)(dian)(dian)子和(he)鋰離子的(de)(de)(de)輸運。因此(ci)，該復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)循環(huan)穩(wen)定性(xing)(xing)和(he)倍(bei)率性(xing)(xing)能，在(zai)(zai)0.4A/g時，經過(guo)100次循環(huan)，穩(wen)定容(rong)量(liang)為(wei)1607mAh/g，保留(liu)容(rong)量(liang)為(wei)85.0％，即(ji)使在(zai)(zai)10A/g的(de)(de)(de)高電(dian)(dian)(dian)流密度(du)下，可逆容(rong)量(liang)為(wei)1050mAh/g。同樣(yang)，以(yi)黑色素甲醛樹脂為(wei)碳源(yuan)的(de)(de)(de)硅(gui)多(duo)孔(kong)氮(dan)摻雜碳球(qiu)負極(ji)在(zai)(zai)0.1A/g的(de)(de)(de)高電(dian)(dian)(dian)流密度(du)下的(de)(de)(de)可逆性(xing)(xing)容(rong)量(liang)1579mAh/g，在(zai)(zai)循環(huan)300次后的(de)(de)(de)保留(liu)率為(wei)94％。

Tang等以(yi)硅藻土(tu)為(wei)原料，氯化(hua)鈉作為(wei)清熱(re)劑，采用機械(xie)球(qiu)磨和鎂熱(re)還(huan)原法(fa)制備(bei)多(duo)孔(kong)硅，一種可伸縮(suo)制備(bei)多(duo)孔(kong)硅/碳復合材料作為(wei)鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)負極材料的(de)新方法(fa)所(suo)得(de)硅保(bao)持了硅藻土(tu)的(de)多(duo)孔(kong)結構，比表面積(ji)(ji)為(wei)288.5m2/g，平均孔(kong)徑(jing)為(wei)9.6nm。復合材料具有(you)更好(hao)的(de)循(xun)環(huan)穩定性和良好(hao)的(de)速率能力，在200mA/g電(dian)流密(mi)度下(xia)放電(dian)容量為(wei)1116.7mAh/g， 循(xun)環(huan)200次(ci)后放電(dian)容量為(wei)200mAh/g，有(you)利于鋰(li)離子(zi)的(de)快(kuai)速擴散(san)和足夠的(de)空(kong)隙空(kong)間(jian)來緩沖硅的(de)體積(ji)(ji)變化(hua)。

4、鋰電池負極硅碳復合材料結(jie)構設計之嵌入結(jie)構

嵌入(ru)型硅(gui)(gui)/碳復(fu)合材(cai)料(liao)是指硅(gui)(gui)嵌入(ru)在(zai)連(lian)續的(de)碳基(ji)(ji)體中(zhong)。研究發現，以不同碳質(zhi)基(ji)(ji)質(zhi)作為硅(gui)(gui)的(de)緩(huan)沖(chong)介質(zhi)，調節硅(gui)(gui)在(zai)嵌鋰(li)(li)/脫鋰(li)(li)過(guo)程中(zhong)的(de)體積變化，釋(shi)放(fang)硅(gui)(gui)的(de)機械應力，可以有效地提高(gao)硅(gui)(gui)基(ji)(ji)負極材(cai)料(liao)的(de)循環性能。嵌入(ru)結構的(de)空(kong)隙可以緩(huan)沖(chong)鋰(li)(li)離子(zi)在(zai)嵌鋰(li)(li)和(he)脫鋰(li)(li)過(guo)程中(zhong)嚴(yan)重(zhong)的(de)體積膨脹(zhang)和(he)收縮，為鋰(li)(li)離子(zi)的(de)遷移(yi)提供(gong)通道。

Chen等采用噴(pen)(pen)霧干(gan)燥(zao)法(fa)制備(bei)了(le)薄片狀(zhuang)石墨(mo)/等離(li)子體納米硅碳(tan)復合(he)(he)材(cai)料(liao)（MFG/PNSi＠C），該材(cai)料(liao)在室溫(wen)和高溫(wen)（60℃）下均具有良好的(de)(de)電化學(xue)性(xing)能(neng)。Wang等采用球磨-噴(pen)(pen)霧干(gan)燥(zao)相結(jie)(jie)合(he)(he)的(de)(de)方法(fa)合(he)(he)成(cheng)了(le)可(ke)控、可(ke)擴展的(de)(de)硅-片狀(zhuang)石墨(mo)/非(fei)晶碳(tan)（Si＠FG/C）微球。多孔(kong)Si＠FG/C中的(de)(de)孔(kong)可(ke)以在循(xun)環時緩(huan)沖Si的(de)(de)體積變化。無定(ding)(ding)形碳(tan)為Si提供導電 效應并在循(xun)環期間(jian)將(jiang)Si納米顆粒固(gu)定(ding)(ding)在片狀(zhuang)石墨(mo)上(shang)。這種(zhong)獨特的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)導致電極的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)穩定(ding)(ding)性(xing)，從而具有良好的(de)(de)循(xun)環穩定(ding)(ding)性(xing)。

Liang等采用電(dian)(dian)(dian)噴霧法制備了(le)含有硅納(na)(na)米粒(li)子、碳(tan)(tan)納(na)(na)米管和(he)炭(tan)(tan)黑的(de)(de)(de)(de)聚苯乙烯-聚乙烯吡咯烷酮(tong)混合(he)(he)聚合(he)(he)物(wu)(wu)溶(rong)液，并對其進行熱(re)處(chu)理，得到了(le)具(ju)有離(li)子和(he)電(dian)(dian)(dian)子導電(dian)(dian)(dian)骨架的(de)(de)(de)(de)硅嵌孔碳(tan)(tan)微(wei)球。在(zai)復合(he)(he)微(wei)球中，硅顆(ke)粒(li)被(bei)嵌入由相(xiang)互交織的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)納(na)(na)米管、填充的(de)(de)(de)(de)炭(tan)(tan)黑和(he)聚合(he)(he)物(wu)(wu)衍生的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互連(lian)接的(de)(de)(de)(de)非晶態碳(tan)(tan)組成的(de)(de)(de)(de)多孔碳(tan)(tan)框架中。這種(zhong)籠(long)狀多孔碳(tan)(tan)微(wei)球不(bu)僅可以容納(na)(na)硅的(de)(de)(de)(de)體積膨(peng)脹，而且保證了(le)電(dian)(dian)(dian)子和(he)離(li)子的(de)(de)(de)(de)良好電(dian)(dian)(dian)接觸和(he)快速(su)傳輸(shu)。因此(ci)，經過60次(ci)循(xun)環(huan)，硅/碳(tan)(tan)負(fu)極在(zai)0.2A/g的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流密度下(xia)時表(biao)現出1325mAh/g的(de)(de)(de)(de)高容量，在(zai)5A/g的(de)(de)(de)(de)大電(dian)(dian)(dian)流密度下(xia)可逆容量為925mAh/g，表(biao)現出優異倍率能力

5、鋰電(dian)池負(fu)極硅(gui)碳復合材(cai)料結構(gou)設計之(zhi)氧化亞硅(gui)/碳（SiOx/C）類石墨結構(gou)

SiOx（0＜x＜2）是(shi)硅(gui)基負(fu)極(ji)的(de)(de)(de)一種(zhong)形式(shi)，具有比容(rong)量高(gao)、充放電(dian)電(dian)位低(di)、體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)率(lv)低(di)等優點(dian)，被(bei)認為是(shi)一種(zhong)極(ji)具吸(xi)引(yin)力的(de)(de)(de)負(fu)極(ji)材(cai)料。這(zhe)種(zhong)結構的(de)(de)(de)SiOx是(shi)由納米Si均勻分布在具有玻璃狀結構的(de)(de)(de)SiO2基質中組(zu)成(cheng)。SiOx負(fu)極(ji)相對優異(yi)的(de)(de)(de)循環(huan)性能(neng)與Si-O鍵強(qiang)度(du)高(gao)（Si-Si鍵強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)2倍）以及(ji)Li2SiO3和Li2O的(de)(de)(de)形成(cheng)有關(guan)，可(ke)以減輕體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)的(de)(de)(de)影響。然而(er)，由于(yu)低(di)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)高(gao)剛度(du)Li2O層的(de)(de)(de)轉變(bian)及(ji)其在充放電(dian)過(guo)程中不(bu)可(ke)避免(mian)的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)膨(peng)脹(zhang)，使得SiOx的(de)(de)(de)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)和速率(lv)能(neng)力仍然很(hen)差。SiOx/C復(fu)合(he)(he)材(cai)料由于(yu)存在氧元素作(zuo)為鋰離(li)子脫(tuo)嵌過(guo)程中的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)緩沖劑，相比純硅(gui)負(fu)極(ji)材(cai)料展現出更優的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)效應(ying)和循環(huan)性能(neng)，再結合(he)(he)炭素材(cai)料的(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)優勢，氧化亞(ya)硅(gui)復(fu)合(he)(he)材(cai)料成(cheng)為目前應(ying)用領(ling)域(yu)最廣泛(fan)的(de)(de)(de)高(gao)容(rong)量負(fu)極(ji)材(cai)料。一些研究人員(yuan)提(ti)出了簡(jian)單的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)方(fang)法來制備(bei)這(zhe)種(zhong)SiOx/C復(fu)合(he)(he)材(cai)料。

Liu等(deng)采用溶膠(jiao)-凝膠(jiao)法(fa)制備了單分(fen)散SiOx/C微(wei)球(qiu)，該微(wei)球(qiu)粒徑可調，碳含量可控。實驗(yan)選擇(ze)硅和碳前驅體（乙烯基三乙氧基硅烷和間苯二酚/甲醛(quan)）合(he)成均勻的(de)(de)SiOx/C（x =1.63）復合(he)材料，其中SiOx主(zhu)要以(yi)超(chao)細納(na)米結(jie)構域(yu)存在。合(he)成的(de)(de)SiOx/C微(wei)球(qiu)由于其獨特的(de)(de)結(jie)構特點(dian)，表現出高容(rong)(rong)量和優異的(de)(de)循(xun)環性能(neng)。在電流密(mi)度為100mA/g時可以(yi)達到(dao)999mAh/g的(de)(de)可逆(ni)容(rong)(rong)量，在150次循(xun)環后保持(chi)(chi)853mAh/g的(de)(de)可逆(ni)容(rong)(rong)量。在電流密(mi)度為500mA/g時，SiOx/C提供(gong)689mAh/g的(de)(de)首次充電比(bi)容(rong)(rong)量，400次循(xun)環后的(de)(de)容(rong)(rong)量保持(chi)(chi)率為91.0％。SiOx/C與(yu)LiFePO4組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)全電池具有(you)約372Wh/kg的(de)(de)能(neng)量密(mi)度。

多組分碳(tan)材(cai)料(liao)有(you)利于解(jie)(jie)決硅氧基負(fu)(fu)極(ji)(ji)的缺點，特別是(shi)有(you)利于形(xing)成(cheng)穩定的固體電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)間相，保(bao)持電(dian)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)的結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)完(wan)整(zheng)性(xing)，提高(gao)電(dian)極(ji)(ji)的導(dao)電(dian)性(xing)。Xu等(deng)通過(guo)對(dui)人造(zao)(zao)石(shi)墨(mo)原結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的修復(fu)，合(he)成(cheng)了具有(you)石(shi)墨(mo)狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的高(gao)性(xing)能SiOx/C復(fu)合(he)材(cai)料(liao)。在(zai)高(gao)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)負(fu)(fu)載(zai)和(he)高(gao)壓實密度(du)下，合(he)成(cheng)的SiOx/C負(fu)(fu)極(ji)(ji)具有(you)645mAh/g的高(gao)可逆比容(rong)量(liang)(liang)(liang)。在(zai)電(dian)流密度(du)為05C的條件下，經過(guo)500次循(xun)環，仍能保(bao)持初始充(chong)電(dian)容(rong)量(liang)(liang)(liang)的90％，是(shi)人造(zao)(zao)石(shi)墨(mo)理論容(rong)量(liang)(liang)(liang)的1.57倍(bei)。即(ji)使在(zai)高(gao)壓實密度(du)下，SiOx/C負(fu)(fu)極(ji)(ji)由于具有(you)高(gao)攻(gong)絲密度(du)和(he)電(dian)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)的結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)完(wan)整(zheng)性(xing)，仍然具有(you)完(wan)整(zheng) 的結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)和(he)優異(yi)的循(xun)環性(xing)能。該合(he)成(cheng)方法也可用于解(jie)(jie)決其它導(dao)電(dian)性(xing)能差、體積變(bian)化大的負(fu)(fu)極(ji)(ji)材(cai)料(liao)。