硅碳高倍率鋰電池作為下一代鋰離子電池具(ju)應(ying)用前景(jing)的(de)首(shou)選(xuan)鋰電(dian)池(chi)，其中使用的(de)硅以(yi)其4200 mAh g-1（對應(ying)Li4.4Si）的(de)理論比容量而備受(shou)矚(zhu)目(mu)。硅碳高倍率鋰電(dian)池(chi)為(wei)了(le)電(dian)動汽(qi)車及儲能器件對高容量鋰電(dian)池(chi)的(de)需求，以(yi)硅基負極(ji)材料代替目(mu)前商用石墨負極(ji)已是(shi)大勢所趨(qu)。

硅(gui)碳高倍(bei)率鋰電池的缺點

硅碳高倍率鋰電池硅基材(cai)料(liao)在脫嵌鋰過(guo)程(cheng)中會遭受(shou)嚴重的(de)(de)(de)體(ti)積膨(peng)脹和收(shou)縮（形變量超(chao)過(guo)300%）。巨(ju)大的(de)(de)(de)體(ti)積變化不僅導致了材(cai)料(liao)粉碎從而與集(ji)流體(ti)和電(dian)解液失去(qu)電(dian)接觸，同(tong)時(shi)也使得負極的(de)(de)(de)固體(ti)電(dian)解質界面膜（SEI）處(chu)于不斷碎裂和修復的(de)(de)(de)動態過(guo)程(cheng)，并不斷消耗正極材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)鋰。因此硅負極不盡人(ren)意(yi)的(de)(de)(de)循環穩(wen)定性(xing)(xing)及倍率性(xing)(xing)能常為(wei)人(ren)所詬病。

硅碳高(gao)倍率(lv)鋰電(dian)池在(zai)緩(huan)解硅負極(ji)材料體積劇烈變化的方法(fa)有以下三種(zhong)：

• 減小硅顆粒尺寸，硅納米顆粒，硅納米線，硅納米管等納米級別的硅基材料可以緩解體積膨脹帶來的機械碎裂，但材料表面與導電介質的接觸問題沒有得到改善，無法獲得良好的循環穩定性及倍率性能。
• 調控及定制合適的導電介質，通過設計與納米硅相匹配的納米導電介質如碳納米材料等，與硅形成蛋黃-蛋殼型的包覆結構來改善電接觸。但這種物理結合的方式在倍率性能方面表現不佳。
• 實現硅基材料與導電介質的共價結合,通過成鍵的方式可以較好地保證材料與導電介質的結合，但這類通過點與點相接的結合方式無法保證電荷的充分轉移，多次充放電循環后往往伴隨著性能的大幅下降。

通(tong)過二維(wei)共價(jia)包覆(fu)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)了硅基(ji)材料(liao)與(yu)導電介質間接(jie)觸(chu)不(bu)良的難題，大大提(ti)高(gao)了離子和電子的導通(tong)率，在0.8 A g-1的電流密(mi)度(du)下重量(liang)比容(rong)量(liang)高(gao)達2646 mAh g-1。而肌膚狀(zhuang)的包覆(fu)結構使得(de)硅碳之間結合更(geng)為緊實牢(lao)固，較(jiao)好地緩(huan)解(jie)了硅基(ji)材料(liao)的體(ti)積膨脹，在后(hou)續的充放電循(xun)環過程中能長時間保持穩定，500次循(xun)環后(hou)材料(liao)的可逆比容(rong)量(liang)仍高(gao)于石墨理論比容(rong)量(liang)的五倍。