硅 碳 负 极 材 料 复 合方式 锂 离 子 电 池 具 有 能 量 密 度 高 、 开 路 电 压 高 、 循 环 寿 命 长 等 优 点 ，被广泛应用于计算机、 手机、 EV 以及其它便携式电 子 设备中。目前锂 电 池 的商业化程度较高 ，作为锂 电 池 的四大主材(正极材料、 负极材料、 隔膜、 电 解液)之一，负极材料的性能 对电 池 性能 具 有 关键影响，负极材料种类如图 1 所示。目前市场上锂 电 厂商主要选择石墨材料作为锂 电 池 的负极材料，石墨属于碳负极材料中的一种，包括人造石墨和天然石墨。 图 1.锂 电 池 负极材料种类 石墨是较为理想的负极材料，由于其具 有 良好的循 环 稳定性、 优 异的导电性且层状结构具 有 良好的嵌锂 空间，被广泛用于锂 电 池 中。随着国家对于锂 电池 性 能 要 求 的 不 断 提 高 ，石墨作为负极材料的 不 足也逐渐显露出来，例如克容量低(372mAh/g)、循环次数较多时层状结构容易剥离脱落等，限制了锂电池比能 量和性 能 的 进一步提 升。科研工作者致力于寻找一种可以替代碳负极材料的 材料。 由于硅可以和锂形成二元合金，且具有很高 的 理论容量(4200mAh/g)而备受关注。另外，硅还具有低的 脱嵌锂电压平台(低于 0.5VvsLi/Li+)，与电解液反应活性 低，在地壳中储量丰富、价格低廉等优点，是一种非常具有前景的 锂电池 负极材料。 图 2.石墨与硅的 结构比较 但是硅作为锂电池 负极具有致命的 缺陷，充电时锂离子从正极材料脱出嵌入硅晶体内部晶格间，造成了很大的 膨胀(约 300%)，形成硅锂合金。放电时锂离子从晶格间脱出，又形成成了很大的 间隙。单独使用硅晶体作为负极材料容易产生以下问题： 第 一 、 在 脱 嵌 这 个 过 程 中 ，硅晶体体积出现了明显的变化，这 样的体积效应极易造成硅负极材料从集流体上剥离下来，导致极片露箔引起电化学腐蚀和短路等现象，影响电池的安全性和使用寿命。 第 二、 硅碳为同一 主族元素，在 首次充放电时同样也会形成 SEI 包覆在 硅表面，但是由于硅体积效应造成的剥落情况会引起 SEI 的反复破坏与重建，从而加大了锂离子的消耗，最终影响电池的容量。 结合碳材料和硅材料的优缺点，经常将两者复合来使用，以最大化提高其实 用性。通 常根 据 碳材料的种 类 可 以将复合材料分 为两类 ： 硅碳传 统 复合材料和硅碳新 ...
