目前商業化鋰電池都是以碳基材料作為負極的，但由于石墨負極的可逆容量只有372mAh/g（LiC6），嚴重限制了未來鋰電池的發展，所以研發下一代鋰電池負極材料成為新的熱點。人們發現在Li22Si5中硅的恒流理論容量達到4200mAh/g，是極具開發潛力的鋰離子負極材料。但這種材料的缺點也很突出：在嵌鋰和脫鋰過程中材料體積會發生膨脹，微觀結構發生改變而導致在嵌鋰脫嵌過程中電極的斷裂和損耗。雖然不少文獻提出了很多改進方法，但由于制備出的硅薄膜材料厚度較薄，不適宜商業化生產。為了使硅負極可以應用于實際生產，本文以無定形硅薄膜濺射在銅箔上成功制備出了厚度大于1μ的硅薄膜負極材料并和市場上的LiCoO2制成電池進行了一系列循環和倍率性能測試。

硅薄膜形態的變化

硅薄膜是以物理濺射的方法在表面粗糙的銅箔上的。其表面形貌分析應用的是HRTEM（FEITecnai20）。制備出的硅薄膜材料在80℃下真空干燥24小時，和市場上銷售的LiCoO2在手套箱中組成2025扣式全電池。電解液為1MLiPF6/EC+DMC（體積比1：1）；隔膜使用的是Celgard-2300。所有倍率試驗和循環性能試驗都是在電腦控制的25±1℃恒溫系統中進行的。在循環前硅薄膜材料的HRTEM圖和SAED圖中，涂在銅箔上的硅薄膜是無定形狀態的。

圖1是反應前硅薄膜材料的SEM圖，從圖中可以看到膜是表面粗糙而有序的，厚度達到了2μ左右。以0.2C電流密度在2.53.9V電壓下，在前80周循環中，硅薄膜材料電池的容量有一個明顯的升高過程，而80周循環后脫鋰容量達到了最高值0.55mAh/cm2（約1160mAh/g）比初始脫鋰容量高了近28％。在300周循環后仍有0.54mAh/cm2（約1139mAh/g），平均每周循環衰減率小于0.01％。我們認為首循環效率較低是由于硅薄膜表面形成SEI膜過程中電解液發生分解所引起的。從第二周循環開始效率逐步上升，10周后效率已經接近100％。

圖2是300周循環后硅薄膜的SEM圖，從中可以看到循環后膜變得較松散，表面粗糙、不規則，厚度增至6μ左右，體積膨脹了近300％。

然而，此時硅薄膜在循環后仍保持了無定形態，可以推測在每次循環鋰脫嵌后硅薄膜都是無定形態的。我們相信這種每次脫鋰后的無定形態是提高材料循環壽命的關鍵因素。