鉅大LARGE | 點擊量：1929次 | 2018年05月23日
如何使鋰離子電池的硅基負極材料多孔化、納米化？
對單質硅的改性，主要通過摻入第二組元形成Si-M合金，降低硅合金的體積膨脹系數，或者通過各種工程技術使硅多孔化、納米化，為硅的體積膨脹預留空間，減少硅體積效應對材料循環穩定性的影響。
硅的多孔化
硅的多孔化一方面能增加硅主體材料與電解液接觸的比表面積，提高鋰離子往材料內部的輸運效率，增強材料的導電性，另一方面能為硅在充放電過程中可能存在的體積膨脹預留空間，減少硅體積效應對極片的影響。硅的多孔化目前已被廣泛認為是解決硅體積效應的有效手段。圖1為多孔硅的SEM形貌圖。
Tang等人利用PVA碳源包覆、HF酸刻蝕和瀝青二次包覆的方法制備多孔Si/C復合負極材料。結果表明，當二次包覆的瀝青含量為40%(質量分數)時，在100mA/g的電流密度下，該樣品第二周充放電循環的放電比容量達到773mAh/g，60周循環后比容量仍然保持在669mAh/g，其容量損失率僅為0.23%/周，材料表現出良好的循環穩定性。
Han等人電化學刻蝕和高能球磨相結合的方法，以P型Si作為底板，HF溶液作為刻蝕液，獲得孔隙率為70%的多孔硅薄膜材料，后在PAN中球磨并熱處理，制備碳包覆的多孔硅負極材料。樣品在0.1C下經過120周循環可逆比容量為1179mAh/g，具有較好的電化學性能。該方法成本低廉，適合多孔硅材料的大規模制備。
硅的納米化
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
硅基負極材料研究人員普遍認為，當硅的尺度小到一定程度后，硅體積效應的影響就可以相對減小，且小顆粒的硅配以相應的分散技術，容易為硅顆粒預留足夠的膨脹空間，因此硅的納米化被認為是解決硅基負極材料商業化的重要途徑。圖2為碳包覆硅納米管陣列的SEM形貌圖。
Wang等人采用ZnO納米線模板法在碳基體上生長硅納米管陣列，并比較了碳包覆對硅納米管陣列的影響。結果表明，碳包覆后的硅納米管陣列樣品表現出良好的循環穩定性，100周循環后放電比容量仍達到3654mAh/g。
Sun等人通過等離子體輔助放電的方法，以納米硅及膨化石墨為原料，制備Si/石墨納米片，并用作鋰離子電池負極材料。結果表明，合成的Si/C復合樣品具有較好的循環穩定性，嵌鋰比容量為1000mAh/g，直至350周循環沒有容量損失，庫侖效率在99%以上。
