鋰離子電池硅負(fù)極材料，主要包括純硅、硅碳、硅氧三類。

1. 純硅

Wen和Huggins在高溫415℃條件下,使用熔融鹽電解質(zhì)制得鋰硅合金，然后采用庫(kù)倫滴定法測(cè)得鋰硅合金的成分，確定硅的最大理論比容量為4200mAh/g,分子式Li₂₂Si₅。室溫下，在低充電電位<0.5V時(shí)，理論比容量為3579mAH/g,分子式Li₁₅Si₄。硅基負(fù)極無(wú)析鋰隱患、成本低、充電效率高，但是嵌鋰時(shí)體積膨脹大（最大300%）、導(dǎo)電性差、首次充放電效率低、循環(huán)差。因此需要對(duì)其進(jìn)行改性。①硅納米顆粒，硅納米顆粒特有的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，脫嵌鋰過(guò)程可以快速釋放應(yīng)力，因此比大顆粒更不容易破碎?？梢愿纳乒柝?fù)極電池循環(huán)性能。由于納米硅比表面積大生成更多的SEI膜且納米顆粒容易團(tuán)聚，因此納米硅通常與其他材料復(fù)合后使用。工業(yè)制備方法主要包括等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PEVCD)、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法（LIVCD）、等離子蒸發(fā)冷凝法(PVD)，以及研磨法等。PEVCD以射頻輝光放電產(chǎn)生的等離子體作為熱源，使硅烷在真空條件下分解制得納米硅粉，并通過(guò)熱處理減少非晶態(tài)含量。LIVCD以特定波長(zhǎng)激光對(duì)硅烷氣體的共振吸收，誘導(dǎo)硅烷分子熱解制得納米硅粉。PVD等離子蒸發(fā)冷凝法利用等離子熱源將微米硅粉氣化，通過(guò)氮?dú)廨屠渲频眉{米硅粉。②硅納米線和納米管，在脫嵌鋰過(guò)程中橫向體積變化小，不易破碎，循環(huán)性能好；由于直徑較小，利用率高，因此可逆比容量高；硅納米管相比硅納米線生成的SEI膜更穩(wěn)定，因此庫(kù)倫效率更高。制備方法有化學(xué)氣相沉積法、激光燒蝕法、熱氣相沉積法、溶液法、模板法、硅襯底生長(zhǎng)法等。但其成本高、污染大、量產(chǎn)困難的問(wèn)題影響其批量應(yīng)用。硅納米顆粒主要用于硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極的制備。

2. 硅碳負(fù)極

一般采用碳包覆硅工藝，可以抑制SEI膜反復(fù)過(guò)量生成而消耗電解液，可以提升材料導(dǎo)電性，還可以抑制硅材料在脫嵌鋰過(guò)程中體積變化而提升循環(huán)性能。制備方法包括硅石墨復(fù)合材料通過(guò)研磨法制得；硅無(wú)定形碳復(fù)合材料通過(guò)化學(xué)氣相沉積、熱解等方法包覆在硅材料表面制得；硅碳管或石墨烯復(fù)合材料將碳管和石墨烯直接沉積在硅表面。成熟的硅碳負(fù)極材料容量在400-600mAh/g，工藝較成熟、首次效率高，但是脫嵌鋰膨脹較大，較適用于圓柱電池。

3. 硅氧負(fù)極

是將硅和二氧化硅復(fù)合成氧化亞硅（SiOx），由于硅材料顆粒小，結(jié)構(gòu)致密穩(wěn)定，因此脫嵌鋰時(shí)膨脹較小，循環(huán)性能更好，但是其首次效率低，需要通過(guò)補(bǔ)鋰提高容量，或者鎂改性提高首次效率。制備方法主要有化學(xué)氣相沉積法，將硅和二氧化硅混合均勻后，高溫氣化后沉積使納米硅顆粒均勻分散在二氧化硅介質(zhì)中得到氧化亞硅。

在碳負(fù)極材料沒(méi)有容量提升空間的情況下，硅負(fù)極是理想的下一代負(fù)極材料首選，通過(guò)具有的通過(guò)聚丙烯酸PAA優(yōu)異粘結(jié)性能和拉伸性能和單璧碳納米管的交聯(lián)作用減少硅負(fù)極脫嵌鋰膨脹的影響；通過(guò)補(bǔ)鋰劑LNO等減少首次效率低對(duì)容量的影響；通過(guò)新型電解液溶劑氟代碳酸乙烯酯FEC和更高用量的碳酸亞乙烯酯VC提高SEI膜的穩(wěn)定性。硅負(fù)極的應(yīng)用也日趨完美。