锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势
了解锂电池硅基负极材料改性技术及研究现状
了解锂电池硅基负极料子改性技术及研究近况在当前正在研究的高比容量锂离子电池负极料子中，硅基负极有着最高的理论比容量，在电池充电生成Li22Si5时比容量可实现4200mAh/g，是目前商用石墨负极的理论比容量的十倍以上。
但是硅在作为锂离子电池电极时在电池的充放电过程中会发生猛烈的体积膨胀，从而会致使SEl膜在电极表面反复的分裂和生成。
这就使得硅负极在电池嵌脱锂循环过程中显现急剧的容量衰减效应，在很大程度上限制了硅基料子在电池工业中的进一步发展。
针对上述问题，当前研究人员采取了很多方法去改善硅的电化学性能，譬如将硅与其他料子混杂进行改性以期得到性能优异的电池负极；或者会设计各种纳米结构，包含纳米粉末、纳米管、纳米线、纳米纤维等，除了寻求稳定的纳米结构外，还探究了粘结剂、导电剂以及电解质等对改善硅基负极电化学性能的影响。
这些研究不但为研究人员说明白新的发展方向，更紧要的是它为将来硅基负极锂离子电池的工业化生产供应了宝贵的引导作用。
1、硅基碳复合料子碳料子有着优良的电子离子导电性和机械性能，将其与硅料子进行复合，可以有效地提高其导电性，还可以对硅在嵌锂时发生的体积更改进行抑制，从而减缓电极料子的碎裂。
除此以外，碳料子还可以有助于在料子表面上形成稳定的SEI膜。
目前普遍所研究的Si/C复合料子包含多种类型，紧要有碳纳米管、多孔碳、石墨以及石墨烯等。
在这几种料子之中，由于石墨烯具有独特的单层原子结构以及髙电导率、高机械强度和优异的柔軔性，成为了近几年的研究热门。
硅料子可以与石墨烯形成不同形态结构的复合物。
Sun等合成了具有“豆荚”结构的石墨烯—硅复合物，使用经蜷曲处理过后的石墨烯去包裹纳米硅颗粒，该料子表面的石墨烯有效提高了电子/离子传输效率，而且抑制了硅的体积更改，限制了Si与电解液的直接接触。
当前也有研究致力于硅碳料子的空间化结构，三维结构一般是通过蚀刻、包覆等设计方法将硅与碳相结合所制得的。
空间型结构可以加快锂离子传输效率，提升导电性和储锂性能，而且有效缓解体积更改，释放料子内部应力，有利于保持电极的完整性。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析锂电池负极材料在电池领域中起着至关重要的作用，其性能对整个电池的性能和安全性有着决定性的影响。
对于锂电池负极材料的研究至关重要。
本文将对锂电池负极材料的研究进展及展望进行分析，以期为今后的研究和应用提供一定的参考。
一、当前锂电池负极材料的研究进展1. 石墨石墨作为传统的锂电池负极材料，由于其成本低、稳定性好等优良性能，一直以来都是锂电池负极材料的主流。
随着锂电池技术的发展，石墨的储锂容量、循环寿命等性能逐渐无法满足日益增长的电池需求，因此迫切需要寻找新的替代材料。
2. 硅基材料硅基材料由于其高的理论比容量，成为了锂电池负极材料研究的热点。
硅基材料在充放电过程中容量膨胀巨大，导致结构破损，严重影响了材料的循环寿命和安全性能。
目前研究重点主要集中在硅基材料的表面包覆、纳米结构设计等方面。
碳基复合材料是一种由碳材料和其他金属氧化物或化合物复合而成的材料。
碳基复合材料具有较高的导电性和结构稳定性，能够有效改善材料在充放电过程中的电化学性能。
在锂电池负极材料研究中，碳基复合材料也受到了广泛关注。
1. 新型材料的开发随着电动汽车、智能手机等电池需求的不断增长，对于锂电池负极材料的要求也越来越高。
未来的研究重点将会更多地集中在新型材料的开发上，如硫化物、碳化物等。
这些新型材料具有更高的储锂容量和更好的循环寿命，能够更好地满足未来电池需求。
2. 结构设计的优化除了新型材料的开发外，结构设计也是未来研究的重要方向。
通过设计合理的纳米结构、多孔结构等，可以有效改善材料的稳定性和电化学性能，提高锂电池的循环寿命和安全性能。
3. 环保可持续性随着环保意识的提高，未来锂电池负极材料的研究也将更加关注环保可持续性。
开发可回收利用的材料，降低生产过程中对环境的影响，将成为未来研究的发展趋势之一。
锂电池负极材料的研究进展及展望呈现出多样化和前瞻性的特点。
未来的研究重点将会更多地集中在新型材料的开发、结构设计的优化以及环保可持续性等方面。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析目前锂电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、硅基材料、金属氧化物等方面。
这些材料在锂电池中都有其独特的优势和局限性，而且针对不同种类的锂电池，对负极材料的要求也有所不同。
对这些负极材料的研究和发展，将有助于提高锂电池的性能和推动新一代电池技术的发展。
碳基材料一直是锂电池负极材料的主要研究方向之一。
石墨、石墨烯、碳纳米管等碳材料，因其导电性好、比表面积大、化学稳定性高等特点，被广泛应用于锂电池负极材料中。
通过控制碳材料的结构和微观形貌，可以有效提高其对锂离子的嵌入/脱嵌能力，提高其循环稳定性和倍率性能。
不过，碳材料在储锂过程中很难实现高容量储存，这一问题已成为碳基负极材料的研究难点之一。
硅基材料也是当前锂电池负极材料的研究热点。
与碳材料相比，硅具有更高的理论储锂容量，因此被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。
硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中会发生体积膨胀，导致材料结构破坏，电化学活性和循环寿命大大降低。
为了解决硅材料的这一问题，研究者们通过合成纳米结构的硅材料、设计多孔结构、以及与碳等材料的复合等方法，取得了一些积极的进展，但仍然存在一定的挑战。
在未来，锂电池负极材料的研究将朝着以下几个方向发展：通过材料设计与合成新型的碳基材料，以提高其储锂容量，并且降低材料的制备成本。
研究者也将继续探索碳材料的微观结构与电化学性能之间的关系，找出铁电影响碳材料电化学行为的机理。
将进一步发展硅基负极材料的制备技术，通过纳米结构设计、表面涂层等方法，提高硅材料的循环稳定性和倍率性能。
也将探索硅基材料与其他材料的复合应用，以扩展硅材料在锂电池中的应用范围。
对金属氧化物的研究也将继续深入，以寻找新型金属氧化物材料，并且改进其结构与性能。
研究者也将进一步研究金属氧化物的嵌入/脱嵌机制，以解决其循环稳定性问题。
随着锂电池技术的不断发展和应用需求的不断增加，对锂电池负极材料的研究也将持续深入。
硅基负极材料的开发与应用相关演讲
硅基负极材料是锂离子电池领域的重要研究方向之一。
随着电动车、可穿戴设备等电子产品的不断普及，对于电池的能量密度、循环寿命等性能要求也越来越高。
在这样的背景下，发展高性能的硅基负极材料成为了当前研究的重要课题之一。
本文将围绕硅基负极材料的开发与应用展开相关演讲，深入探讨该领域的研究进展、挑战和前景。
一、硅基负极材料的研究现状目前，硅基负极材料主要存在以下几个问题：硅具有非常高的理论容量，但是在充放电循环过程中会发生体积膨胀、收缩的现象，导致电极材料的粉化、裂解，严重影响了电池的循环寿命。
硅基材料对于电解液中的锂离子有较强的化学反应性，会导致电解液的分解和固体电解质膜的破坏。
由于这些问题的存在，目前硅基负极材料在实际应用中受到了一定的限制。
如何解决硅基负极材料的体积膨胀、化学反应等问题，成为了当前研究的重点。
二、解决硅基负极材料问题的研究方向针对硅基负极材料存在的问题，目前的研究方向主要包括但不限于以下几个方面：1. 纳米结构设计：通过纳米化技术，改变硅材料的微观结构，减缓体积膨胀速率，提高材料的循环寿命。
2. 多孔结构设计：设计合适的多孔结构，增加硅的机械稳定性，减小体积膨胀对电极材料的影响。
3. 包覆技术：采用包覆技术将硅材料包覆在碳、氧化物等包覆层中，减少其与电解液的直接接触，降低化学反应性。
4. 合金化改性：将硅材料与其他材料进行合金化改性，改善硅材料的电化学性能，提高电池循环寿命。
三、硅基负极材料的应用前景随着上述研究方向的不断探索和实验研究，针对硅基负极材料的问题已经取得了一定的进展。
一些新型的硅基负极材料，在提高电池循环寿命、充放电性能等方面取得了显著的改善。
可以预见，在未来的一段时间内，硅基负极材料有望在电动车、储能等领域得到更广泛的应用。
结语硅基负极材料的开发与应用是一个充满挑战但又充满希望的领域。
通过不断地探索和创新，相信在不久的将来，硅基负极材料必将迎来新的突破，为新能源领域的发展做出更大的贡献。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析1. 传统负极材料传统的锂离子电池负极材料主要包括石墨、金属氧化物和合金材料。
石墨作为最为常见的负极材料，具有很高的首次放电比容量和循环稳定性，但其比容量有限，且在大电流放电时易发生热失控。
金属氧化物和合金材料因其高的理论比容量和能量密度受到了广泛关注，但其电化学活性较差，循环性能不稳定。
传统负极材料在满足高能量密度和高循环稳定性需求上存在着一定的局限性。
二、锂电池负极材料研究的展望1. 高能量密度随着对电池能量密度要求的不断提高，未来的锂电池负极材料需要具有更高的理论比容量和能量密度。
开发高容量、高电化学活性的负极材料是未来研究的重点之一。
新型碳材料、硅基材料以及金属氧化物和合金材料都有望成为未来高能量密度锂电池的重要负极材料。
2. 循环稳定性循环稳定性是锂电池的重要性能指标之一。
当前硅基材料、金属氧化物和合金材料的循环性能仍然存在一定的问题，未来需要通过界面工程、复合材料设计等方法来提高负极材料的循环稳定性。
3. 安全性锂电池的安全性一直是备受关注的问题。
传统锂电池负极材料在大电流放电时易发生热失控，导致安全隐患。
未来需要开发更安全稳定的负极材料，以确保电池的安全性能。
4. 可持续发展随着对环境友好性要求的提高，未来的锂电池负极材料需要考虑其资源可持续性和环境影响。
新型锂电池负极材料的开发需要注重材料的资源可再生性和环境友好性。
三、结语在锂电池的快速发展背景下，锂电池负极材料的研究与发展对于提高电池性能和满足应用需求具有重要意义。
当前，新型碳材料、硅基材料和金属氧化物材料被认为是未来锂电池负极材料的重要发展方向。
未来，随着材料科学和电化学领域的不断进步，相信锂电池负极材料将会不断取得新的突破，为电池技术的发展注入新的动力。
我们也需要注重锂电池负极材料的可持续发展和环保性，努力推动锂电池技术的可持续发展。
锂离子电池负极材料的现状及发展趋势
锂离子电池负极材料的现状及发展趋势。
锂离子电池作为一种可替代镍氢电池的新型储能装置，由于其良好的能量密度、安全性和环境友好等优点，被广泛应用于节能和新能源汽车、智能手机、电子设备以及航空航天领域。
负极材料作为锂离子电池的关键部件，其发展水平直接影响着整个电池的性能。
负极材料主要有金属锰和金属钴，它们具有较高的比容量，能够以更小的容积获得较大的放电容量，可满足锂离子电池的应用需求。
但是，金属锰和金属钴的比能量较低，不利于提高电池的能量密度，并且容量衰减快，循环寿命低，易产生自放电，安全性也不是很好。
为了解决金属锰和金属钴的上述缺陷，研究者们开发了新型的负极材料，如碳材料、硅烷材料、氧化物材料等，它们具有更高的比能量、更高的循环寿命、更低的容量衰减以及更好的安全性等优点，极大地改善了锂离子电池的性能。
随着技术的不断进步，新型负极材料将进一步开发，如具有更高比能量和更高循环寿命的超级碳基材料，金属硫化物材料，以及具有较高安全性和稳定性的复合材料。
同时，还可以采用新型制备工艺，如3D打印、纳米纤维织物等，来提高负极材料的比能量。
由于新型负极材料的出现，锂离子电池的技术正在不断发展，发挥着越来越重要的作用。
未来，负极材料的发展将继续推动锂离子电
池的性能更上一层楼，使其更加安全、可靠、高效。
锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势
XX大学毕业论文题目锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势姓名 XX 教育层次大专学号 XX 省级电大 XX专业应用化工技术分校 XX指导教师 XX 教学点 XX目录一、 (4)二、 (4)三、 (5)四、 (6)五、 (6)（一） (6)（二） (7)参考文献 (7)致谢 (8)锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势摘要: 硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料. 评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果, 分析锂离子电池硅负极材料存在问题, 探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景. 分析结果表明, 通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段, 实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能, 是未来的主要发展方向.关键词: 应用化学; 锂离子电池; 负极材料; 硅基复合材料。
锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 已成为现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源. 在制造锂离子二次电池的关键材料中, 负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素. 目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料, 其实际容量已接近理论值(372 mA·h / g), 因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求. 另一方面, 石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势, 快速充电或低温充电过程中易发生“析锂” 现象从而引发安全隐患. 此外, 石墨材料的溶剂相容性差, 在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥离导致容量衰减[1] . 因此, 寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极, 是锂离子电池发展的迫切需要. 在各种新型合金化储锂的材料中, 硅容量最高, 能和锂形成Li 12 Si 7 、Li 13 Si 4、Li7Si3 、Li15Si4 和Li22Si5等合金, 理论储锂容量高达4212mA·h / g, 超过石墨容量的10倍[2-3] ; 硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低(低于0.5 V) 等优点[4-5] . 硅的嵌锂电压平台略高于石墨, 在充电时难以引起表面锂沉积的现象, 安全性能优于石墨负极材料[6] . 此外, 硅是地壳中丰度最高的元素之一, 其来源广泛, 价格便宜, 没有毒性, 对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势. 本文评述了近年来单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果, 并对今后研究方向和应用前景作了展望.一、硅脱嵌锂时的结构变化硅电极在脱嵌锂的过程中的体积效应所造成的容量快速衰减, 是其实用化进程的巨大阻碍[7-8] . 在电化学储锂过程中, 每个硅原子平均结合44个锂原子后得到Li22Si5合金相, 造成材料的体积变化可达到300% 以上[9] . 由巨大的体积效应产生的机械应力会促进电极表面微裂纹的产生和传播, 使活性物质从集流体上逐渐破裂、脱落, 从而丧失与集流体的电接触, 造成电极循环性能迅速下降[10] . 另外, 由于硅本身是半导体材料, 本征电导率比较低, 仅有 6.7 × 10 - 4 S / cm, 故需加入导电剂来提高电极的导电性[11] . 为解决这一难题, 人们利用纳米硅粉体作为负极材料, 但研究表明, 锂离子在纳米硅材料中的反复嵌入和脱出会导致硅纳米颗粒发生不可逆的电化学烧结, 造成电池循环性能的急剧下降[12] .导致硅负极材料容量剧烈衰减的另一重要原因是现有电解液中的LiPF6 分解所产生微量HF 对硅造成了腐蚀[18] . 此外, 由于其剧烈的体积效应造成的颗粒粉化, 使得新的硅原子不断消耗Li + , 导致在常规的LiPF6电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(solid electrolyte interface, SEI) 膜, 随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏, 新暴露出的硅表面不断与电解液反应形成新SEI 膜, 导致充放电效率降低, 容量衰减加剧.为使硅材料具有高容量, 同时兼具有良好的循环性能, 目前主要通过以下3 种方法来改善硅基负极材料的电化学性能: ①制备硅纳米材料. 一则可减小硅的绝对体积变化, 另则制备非晶硅薄膜等以消除晶体硅的非均匀变形; ②制备硅基合金材料. 使硅与其他元素形成硅化物, 以减小材料体积变化; ③制备硅基复合材料. 使硅与其他非金属类材料复合, 通过缓冲基体的缓冲性能限制硅的体积变化。
锂离子电池的发展现状及展望
锂离子电池的发展现状及展望一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁、高效的能源存储技术成为了科技研发的重点领域。
锂离子电池，作为一种重要的能源存储技术，因其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，在便携式电子设备、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文旨在全面梳理锂离子电池的发展现状，包括其技术原理、应用领域、产业规模等，同时结合当前科技发展趋势，对其未来发展方向进行展望。
我们将深入探讨锂离子电池的材料创新、结构设计、安全性提升以及环保回收等关键问题，以期为推动锂离子电池技术的进一步发展提供参考。
二、锂离子电池的发展历程锂离子电池的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
早在1970年，M.S.Whittingham首次使用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成了首个锂电池。
然而，由于金属锂的化学特性极为活泼，使得电池的安全性存在严重问题，因此这种锂电池并未得到实际应用。
随后，在1980年，John B. Goodenough发现了钴酸锂可以作为锂电池的正极材料，这一发现为锂离子电池的发展奠定了重要基础。
1982年，R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此发现为开发可充电的锂离子电池铺平了道路。
1990年，日本索尼公司正式推出了首个商用锂离子电池，该电池以碳材料取代金属锂作为负极，钴酸锂为正极，使用有机电解质，这种电池不仅保持了锂电池的高能量密度，还解决了金属锂的安全性问题，因此得到了广泛的应用。
进入21世纪，锂离子电池技术继续得到发展。
特别是随着电动汽车市场的崛起，对高能量密度、长寿命、高安全性的锂离子电池需求日益增大。
因此，研究者们开始探索新型的正负极材料和电解质，以提高锂离子电池的性能。
例如，硅基负极材料、富锂锰基正极材料等新型材料的出现，都为锂离子电池的性能提升提供了可能。
锂离子电池的发展历程是一部不断突破技术瓶颈、追求性能提升的历史。
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XX大学毕业论文题目锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势姓名 XX 教育层次大专学号 XX 省级电大 XX专业应用化工技术分校 XX指导教师 XX 教学点 XX目录一、 (4)二、 (4)三、 (5)四、 (6)五、 (6)（一） (6)（二） (7)参考文献 (7)致谢 (8)锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势摘要: 硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料. 评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果, 分析锂离子电池硅负极材料存在问题, 探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景. 分析结果表明, 通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段, 实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能, 是未来的主要发展方向.关键词: 应用化学; 锂离子电池; 负极材料; 硅基复合材料。
锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 已成为现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源. 在制造锂离子二次电池的关键材料中, 负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素. 目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料, 其实际容量已接近理论值(372 mA·h / g), 因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求. 另一方面, 石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势, 快速充电或低温充电过程中易发生“析锂” 现象从而引发安全隐患. 此外, 石墨材料的溶剂相容性差, 在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥离导致容量衰减[1] . 因此, 寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极, 是锂离子电池发展的迫切需要. 在各种新型合金化储锂的材料中, 硅容量最高, 能和锂形成Li 12 Si 7 、Li 13 Si 4、Li7Si3 、Li15Si4 和Li22Si5等合金, 理论储锂容量高达4212mA·h / g, 超过石墨容量的10倍[2-3] ; 硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低(低于0.5 V) 等优点[4-5] . 硅的嵌锂电压平台略高于石墨, 在充电时难以引起表面锂沉积的现象, 安全性能优于石墨负极材料[6] . 此外, 硅是地壳中丰度最高的元素之一, 其来源广泛, 价格便宜, 没有毒性, 对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势. 本文评述了近年来单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果, 并对今后研究方向和应用前景作了展望.一、硅脱嵌锂时的结构变化硅电极在脱嵌锂的过程中的体积效应所造成的容量快速衰减, 是其实用化进程的巨大阻碍[7-8] . 在电化学储锂过程中, 每个硅原子平均结合44个锂原子后得到Li22Si5合金相, 造成材料的体积变化可达到300% 以上[9] . 由巨大的体积效应产生的机械应力会促进电极表面微裂纹的产生和传播, 使活性物质从集流体上逐渐破裂、脱落, 从而丧失与集流体的电接触, 造成电极循环性能迅速下降[10] . 另外, 由于硅本身是半导体材料, 本征电导率比较低, 仅有 6.7 × 10 - 4 S / cm, 故需加入导电剂来提高电极的导电性[11] . 为解决这一难题, 人们利用纳米硅粉体作为负极材料, 但研究表明, 锂离子在纳米硅材料中的反复嵌入和脱出会导致硅纳米颗粒发生不可逆的电化学烧结, 造成电池循环性能的急剧下降[12] .导致硅负极材料容量剧烈衰减的另一重要原因是现有电解液中的LiPF6 分解所产生微量HF 对硅造成了腐蚀[18] . 此外, 由于其剧烈的体积效应造成的颗粒粉化, 使得新的硅原子不断消耗Li + , 导致在常规的LiPF6电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(solid electrolyte interface, SEI) 膜, 随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏, 新暴露出的硅表面不断与电解液反应形成新SEI 膜, 导致充放电效率降低, 容量衰减加剧.为使硅材料具有高容量, 同时兼具有良好的循环性能, 目前主要通过以下3 种方法来改善硅基负极材料的电化学性能: ①制备硅纳米材料. 一则可减小硅的绝对体积变化, 另则制备非晶硅薄膜等以消除晶体硅的非均匀变形; ②制备硅基合金材料. 使硅与其他元素形成硅化物, 以减小材料体积变化; ③制备硅基复合材料. 使硅与其他非金属类材料复合, 通过缓冲基体的缓冲性能限制硅的体积变化。
二、硅纳米化为解决纯硅负极材料的巨大体积效应带来的活性物质从电极上粉化脱落的问题, 单质硅负极材料制造工艺应向多元方向发展. 其主要方向之一为硅纳米化. 纳米化可分为零维纳米化、一维纳米化和二维纳米化. 零维纳米化是指通过不同工艺技术制备纳米硅粉体[19] . 颗粒细化可减弱硅的绝对体积变化, 同时缩短锂离子在负极材料中的扩散距离, 提高电化学反应速率. 但由于硅活性纳米颗粒具有极高的表面能, 在充放电过程中很容易团聚, 且当尺寸降至100 nm 以下时,纳米颗粒将发生“电化学烧结”, 反而加快了容量的迅速衰减. 再者, 硅纳米颗粒的比表面积很大, 增大了活性物质与电解液的直接接触, 消耗大量的锂离子, 导致副反应增多及不可逆容量的增加, 降低了库仑效率. 另外, 纳米硅粉主要通过激光法制备, 生产成本高.一维纳米化是指制备硅纳米线及硅纳米管, 有粉末材料和在集流体上直接生长两种类型[20-23] . 硅纳米线可以减小循环过程中径向上的体积变化, 获得良好的循环稳定性, 并在轴向为锂离子提供快速传输通道, 减小了锂离子的扩散距离和电子的传导距离. Chan 等[24] 通过“ 气-液-固” ( vapor-liquidsolid, VLS)气相法制得一维硅纳米线, 结果表明, 在0.2 C 充放电倍率下, 容量衰减缓慢, 循环20 次后, 容量仍稳定在 3 500 mA·h / g, 容量保持率维持在75% 左右. Ge 等[6] 利用化学刻蚀技术制备了硼掺杂的多孔硅纳米线, 在2 A/ g 的充放电电流下, 循环250 次后仍能保持2000 mA·h / g的容量, 显示出优异的结构稳定性和电化学性能. 这是因为硅纳米线的脱嵌锂机制很大程度上缓解了循环过程中因体积膨胀所引发的活性物质从集流体上粉碎脱离的现象; 此外, 一维硅纳米线生长形态, 也缩短了锂离子的扩散距离, 有利于电子的快速传导.三、硅合金化为改善硅负极材料在循环过程中活性材料的粉化与脱落导致电接触差容量衰减快, 循环性能较差的问题, 人们开始寻找缓冲基体以抑制硅在充放电循环过程中的体积变化. 硅基材料的复合化主要是在降低硅活性相体积膨胀的同时, 引入体积效应小、导电性好的缓冲基体, 制备出多相复合负极材料. 通过增加导电性和基体间体积补偿等方式提高材料的循环稳定性. 根据所引入的缓冲基体的类别, 可以简单地分为硅-金属复合负极材料和硅-非金属复合负极材料两种类型, 均能有效降低在充放电过程中因体积膨胀所引起的电化学性能的衰退.在研究二元Si-M负极材料时, 发现单一的活性或惰性掺杂的硅基负极材料虽可缓解部分体积膨胀, 但在Si-M 体系中大比表面积的活性颗粒循环中容易发生电化学团聚, 团聚后的微粒与基体的电化学接触较差[29, 40-43] . 为解决此问题, 人们引入硅四、硅复合化硅基负极材料还可通过与其他材料复合的方法, 提高其电化学性能及循环性能. 硅-非金属复合材料主要包括硅-碳复合材料和硅-其他非金属复合材料等. 碳材料因其在充放电过程中导电性好、体积变化相对较小(如石墨体积膨胀率为10.6% ), 具有良好的循环性能, 从而被成功商业化, 成为石墨负极材料; 此外, 硅与碳的化学性质相近, 两者能紧密结合, 若将硅材料与碳材料通过各种途径复合, 使硅纳米颗粒均匀弥散于碳材料基体中, 结合碳材料本身所具有的结构和大量锂离子通道能, 增加锂离子的嵌入位置, 则两者可优势互补, 得到理论容量高、循环性能好的新一代硅基-碳复合负极材料. 为使硅负极活性物质在充放电过程中能够维持良好的电子传导和结构完整性等[57] 采用混合静电组装技术, 将带正电的由氨基丙基修饰过的硅纳米颗粒嵌入到带负电的氧化石墨烯层间, 再进行热还原得到硅/石墨烯复合负极材料. 结构表征显示, Si 颗粒均匀分散于起皱的石墨烯表面, 且硅纳米粒子无明显团聚, 这种网络结构为硅纳米粒子充放电过程中的体积膨胀提供了合适的缓冲空间.五、发展趋势硅基材料因其高电化学容量将成为最具潜力的新一代锂离子电池负极材料之一, 但其在商业上的大规模应用受限于其较低的电导率、与常规电解液相容性差、循环性能差、首次库仑效率低和倍率性能低等不足. 因此, 未来硅基负极材料需要从以下两个方向关注.（一）向高容量与长寿命兼顾的方向发展目前商业化的正极材料的容量普遍偏低, 而硅基负极材料的容量较高, 考虑正负极容量合适的匹配, 硅基材料未来的发展需放弃高容量方面的片面追求, 重点研究如何提高其首次库伦效率和维持充放电过程中的循环稳定性, 如硅-金属合金负极材料的研究应选择嵌锂活性较低、结构稳定及能协同保持电极结构稳定性的金属元素作为缓冲基体抑制硅的体积膨胀; 也可通过多种制备技术的结合, 如磁控溅射、化学气相沉积、电化学刻蚀与喷雾热解等技术来制备特殊形貌结构、包覆均匀的复合负极材料, 推进硅材料的实用化研究.（二）向优良的循环性能、更高的库伦效率与倍率性能兼顾的方向发展改进硅基活性材料的主要策略是设计材料的组成和微观结构, 以适应硅体积效应并维持电极导电网络. 为了解决这些问题, 通过硅材料纳米化薄膜化、硅包覆到金属表面或碳材料、改善硅材料与集流体的接触、硅化物的多相掺杂等方法或技术手段, 以获得高容量循环性能好的电极材料. 碳包覆是至今仍具提高硅基材料循环稳定性的有效方法, 不同碳源得到的碳层致密度不同; 不彻底的碳化由于杂原子含量太高导致副反应过多, 不可逆容量损失严重; 简单的包碳技术难以实现颗粒的均匀分布, 只能得到微米级的二次颗粒. 综合考虑, 硅基- 碳复合负极材料未来的发展趋势主要采用碳包覆结合纳米技术制得特殊结构(多级孔通道结构、碳纤维复合结构), 并协同利用可以将电极材料的膨胀在负极内部吸收的缝隙结构, 以实现硅材料性能的参考文献[1]钱家麟.《式加热炉》，中国石化出版社（北京）2003，201-209[2]陈敏恒.《化工原理》.化学工业出版社.[3]刘盛州,王烽, 陈天禄.高等化学学报，2001, 22 (3), 494-497.[4]须文波.管式加热炉对于流受热面的吹灰优化研究,石油与天然煤气化工2006/01[5]刘倡议.高效空气雾化油燃烧现象器的预设与在小规模管式加热炉中的应用研究, 锅炉技能, 2005/02[6]姜喜成.管式辐射加热钢丝热措置惩罚炉的研究,金属制品,2006/04[7]危木建.步进式加热炉筋管绑扎料施工工艺探讨,安徽冶炼金属科学技术生业学院学报,2006/02[8]吴鸣建, 沈国鹏,刘家永.降解塑料的研究与发展[J].河南化工,1999，22（5）:6～7.[9]萧荔.生物降解聚合物的研究概况及应用前景[J].福建化工,2001，21（3）:33～37.[10]邹军,凌秀琴.可生物降解高分子材料—聚乳酸[J].广西化纤,2001,27（6）：3～8.[11]王勇.新一代PLA树脂降解塑料得到应用[J].化工新型材料,1998,26（8）:36～37.[12]王小莲.氯化聚氯乙烯的特性、制备及应用[J].中国氯碱，2006，24（1）：16～17.本论文是在导师的悉心指导下完成的。