硅基負(fù)極材料被視為現(xiàn)有商業(yè)化碳負(fù)極材料的替代性產(chǎn)品之一，然而由于在充放電過程中存在較大的體積效應(yīng)而無法商業(yè)化，為此研究人員進(jìn)行了大量的改性研究。基于理論研究及實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞矫妫Ｍ麑?duì)新型合金負(fù)極材料的研究有促進(jìn)作用。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　對(duì)硅單體的改性能在一定程度上減小硅的體積膨脹系數(shù)，但由于體積效應(yīng)仍然存在，且硅本身的導(dǎo)電性不足以支撐鋰離子的快速輸運(yùn)，因此在硅基負(fù)極材料獲得商業(yè)化之前，仍需要進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使其達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用要求。

　　1、核殼結(jié)構(gòu)

　　核殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造的目的在于通過外殼的基本特性為硅或硅合金的體積膨脹提供緩沖層，將硅或硅合金的體積效應(yīng)控制在核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)。研究人員進(jìn)行了大量關(guān)于核殼結(jié)構(gòu)的研究。圖4為Si/NiSi2/Ni/C核殼結(jié)構(gòu)樣品的結(jié)構(gòu)示意圖及循環(huán)曲線。

　　Deng等人以納米Si作內(nèi)核，NiSi2/Ni作殼層包覆納米Si，并外包覆碳層，制備具有核殼結(jié)構(gòu)的硅基負(fù)極材料。實(shí)驗(yàn)樣品具有1194mAh/g的可逆比容量，105周循環(huán)容量保持率為98%。該制備方法具有工藝簡(jiǎn)單且成本低廉的特點(diǎn)。

　　Wu等人通過靜電紡絲技術(shù)將納米硅顆粒裝入空心碳纖維中制備具有核殼結(jié)構(gòu)的Si/C負(fù)極材料。0.2A/g的電流密度下，樣品的可逆比容量為903mAh/g，100周循環(huán)的容量保持率為89%;當(dāng)電流密度增加到2A/g，樣品的可逆比容量仍達(dá)到743mAh/g，具有較好的倍率性能。空心碳纖維不僅抑制了納米硅的體積膨脹，且提高了材料的導(dǎo)電性。

　　2、三明治結(jié)構(gòu)

　　Sun等人以工業(yè)硅粉、石墨及蔗糖為原料，采用機(jī)械高能球磨法將工業(yè)硅粉的尺度下降，再將工業(yè)硅粉與石墨進(jìn)行球磨混合，最后通過蔗糖高溫裂解碳包覆形成三明治結(jié)構(gòu)MS-G@C復(fù)合負(fù)極材料。樣品在0.5C下可逆比容量為830mAh/g，100周循環(huán)內(nèi)容量每周僅衰減0.02%，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面提供了較高的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一方面阻礙了Si在充放電過程中的粉化失效。