锂離子電(diàn)池具有(yǒu)高(gāo)電(diàn)壓、高(gāo)能(néng)量(liàng)、循环(huán)壽命长(cháng)、無記(jì)憶效应等衆多(duō)優點(diǎn)，已經(jīng)在(zài)消費電(diàn)子、電(diàn)動(dòng)工具、醫療電(diàn)子等領域獲得了(le)廣泛应用。在(zài)純電(diàn)動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、電(diàn)動(dòng)自(zì)行車、軌道交通(tòng)、航空(kōng)航天(tiān)、船舶艦艇等交通(tòng)領域逐步獲得推廣。同(tóng)时(shí)，锂離子電(diàn)池在(zài)大(dà)規模可(kě)再生(shēng)能(néng)源接入(rù)、電(diàn)网(wǎng)調峰(fēng)調頻、分(fēn)布(bù)式儲能(néng)、家(jiā)庭儲能(néng)、数據(jù)中心(xīn)备用電(diàn)源、通(tòng)訊基站、工業节(jié)能(néng)、綠(lǜ)色(sè)建築等能(néng)源領域也(yě)

顯示了(le)較好(hǎo)的(de)应用前(qián)景 J。負极(jí)材料是(shì)決定锂離子電(diàn)池性(xìng)能(néng)的(de)關(guān)鍵因(yīn)素之(zhī)一(yī)， 目前(qián)商業化(huà)锂離子電(diàn)池采用的(de)負极(jí)材料主(zhǔ)要(yào)包(bāo)

括：① 石(dàn)墨(mò)類(lèi)碳材料，分(fēn)为(wèi)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)(NG，naturalgraphite)、人(rén)造石(dàn)墨(mò)(AG，artificial graphite)：② 無序(無定形，disordered，amorphous)碳材料，包(bāo)括硬(yìng)碳(HC，hard carbon)和(hé)软(ruǎn)碳(SC，softcarbon)；③ 钛酸(suān)锂材料(LTO，Li4Ti5O12)；④ 矽基材料， 主(zhǔ)要(yào)分(fēn)为(wèi)碳包(bāo)覆氧化(huà)亞矽複合材料(C@SiOx)、納米矽碳複合材料(C@nano—Si)、無定形矽合金(jīn)(a．SiM )。本文(wén)從技術(shù)发展(zhǎn)的(de)角(jiǎo)度(dù)，对(duì)这(zhè)幾(jǐ)种材料的(de)優缺點(diǎn)，産業化(huà)進(jìn)展(zhǎn)情(qíng)況及(jí)未来(lái)发展(zhǎn)趨勢進(jìn)行了(le)總(zǒng)結和(hé)讨論。

l 不(bù)同(tóng)負极(jí)材料的(de)特點(diǎn)評述

天(tiān)然石(dàn)墨(mò)有(yǒu)六方(fāng)和(hé)菱形两(liǎng)种层(céng)狀晶體(tǐ)結构 ，具有(yǒu)儲量(liàng)大(dà)、成(chéng)本低(dī)、安(ān)全(quán)無毒等優點(diǎn)。在(zài)锂離子電(diàn)池中，天(tiān)然石(dàn)墨(mò)粉末(mò)的(de)颗(kē)粒(lì)外(wài)表面(miàn)反(fǎn)应活性(xìng)不(bù)均勻，晶粒(lì)粒(lì)度(dù)較大(dà)，在(zài)充放(fàng)電(diàn)过(guò)程中表面(miàn)晶體(tǐ)結构容易被(bèi)破壞，存在(zài)表面(miàn)SEI膜覆蓋不(bù)均勻，導致(zhì)初

始(shǐ)庫侖效率低(dī)、倍率性(xìng)能(néng)不(bù)好(hǎo)等缺點(diǎn)。为(wèi)了(le)解決这(zhè)些(xiē)問(wèn)題(tí)，可(kě)以(yǐ)采用颗(kē)粒(lì)球形化(huà)、表面(miàn)氧化(huà)、表面(miàn)氟化(huà)、表面(miàn)包(bāo)覆软(ruǎn)碳、硬(yìng)碳材料以(yǐ)及(jí)其(qí)它(tā)方(fāng)式的(de)表面(miàn)修飾和(hé)微結构調整等技術(shù)对(duì)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)進(jìn)行改性(xìng)處(chù)理(lǐ) J。從成(chéng)本和(hé)性(xìng)能(néng)的(de)綜合考慮， 目前(qián)工業界石(dàn)

墨(mò)改性(xìng)主(zhǔ)要(yào)使用碳包(bāo)覆工藝處(chù)理(lǐ)。商業化(huà)应用的(de)改性(xìng)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)比容量(liàng)为(wèi)340~370 mA·h／g，周庫侖效率90％~93％，100％DOD循环(huán)壽命可(kě)达(dá)到(dào)1000次(cì)以(yǐ) ，基本可(kě)以(yǐ)滿足消費類(lèi)電(diàn)子産品对(duì)小型電(diàn)池性(xìng)能(néng)的(de)要(yào)求。

人(rén)造石(dàn)墨(mò)由(yóu)石(dàn)油(yóu)焦、針(zhēn)狀焦、瀝青(qīng)焦、冶金(jīn)焦等焦炭材料經(jīng)高(gāo)温(wēn)石(dàn)墨(mò)化(huà)處(chù)理(lǐ)得到(dào)，部(bù)分(fēn)産品也(yě)經(jīng)过(guò)表面(miàn)改性(xìng)，其(qí)與(yǔ)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)有(yǒu)许多(duō)相似的(de)優點(diǎn)。目前(qián)商業化(huà)应用的(de)人(rén)造石(dàn)墨(mò)比容量(liàng)可(kě)达(dá)到(dào)310～370 mA·h／g，周效率可(kě)以(yǐ)达(dá)到(dào)93％～96％，100％

DOD循环(huán)壽命可(kě)达(dá)到(dào)1500次(cì)。由(yóu)于人(rén)造石(dàn)墨(mò)中石(dàn)墨(mò)品粒(lì)較小，石(dàn)墨(mò)化(huà)程度(dù)稍低(dī)，結晶取(qǔ)向(xiàng)度(dù)偏小，所(suǒ)以(yǐ)在(zài)倍率性(xìng)能(néng)以(yǐ)及(jí)體(tǐ)積膨脹、防止電(diàn)极(jí)反(fǎn)彈方(fāng)面(miàn)比天(tiān)然石(dàn)墨(mò)更(gèng)好(hǎo)一(yī)些(xiē)。

人(rén)造石(dàn)墨(mò)中的(de) 个重(zhòng)要(yào)材料是(shì)中間(jiān)相碳微球(mesocarbon microbead)。MCMB 的(de)雛形是(shì)20世纪60年(nián)代(dài)研究人(rén)員在(zài)研究煤(méi)焦化(huà)瀝青(qīng)中发現(xiàn)的(de)一(yī)光(guāng)學(xué)各(gè)向(xiàng)异(yì)性(xìng)的(de)小球體(tǐ)【9J。1973年(nián)，HONDA等Ll uJ從中問(wèn)相瀝青(qīng)制备出(chū)微米級球形碳材料，命名(míng)为(wèi)中

間(jiān)相碳微球。20十(shí)【{=纪90年(nián)代(dài)，石(dàn)墨(mò)化(huà)的(de)MCMB逐步应用于锂離子電(diàn)池的(de)負极(jí)並(bìng)成(chéng)功實(shí)現(xiàn)産業化(huà)，當时(shí)人(rén)阪煤(méi)气(qì)公司在(zài)这(zhè)方(fāng)面(miàn)是(shì)的(de)公司，開(kāi)发了(le)MCMB2800(2800。C石(dàn)墨(mò)化(huà)處(chù)理(lǐ))，逐步替代(dài)了(le)Sony 開(kāi)发的(de)第(dì)‘代(dài)锂離子電(diàn)池中的(de)針(zhēn)狀焦(coke)。由(yóu)于MCMB的(de)颗(kē)粒(lì)外(wài)表面(miàn)均为(wèi)石(dàn)墨(mò)結构的(de)邊(biān)緣面(miàn)，反(fǎn)应活性(xìng)均勻，容易形成(chéng)穩定的(de)SEI膜，更(gèng)利于Li的(de)嵌入(rù)脫出(chū)。因(yīn)此(cǐ)，MCMB具有(yǒu)周效率高(gāo)以(yǐ)及(jí)倍率性(xìng)能(néng)優异(yì)等優點(diǎn)，但同(tóng)时(shí)也(yě)存在(zài)制作(zuò)成(chéng)本高(gāo)等問(wèn)題(tí)。目前(qián)商業化(huà)使用的(de)MCMB 比容量(liàng)达(dá)到(dào)280～ 340 mA·h／g， 周效率可(kě)达(dá)到(dào)94％ ，100％DOD循环(huán)壽命可(kě)达(dá)到(dào)1000次(cì)，也(yě)可(kě)以(yǐ)基本滿足消費電(diàn)子産品的(de)需要(yào)。然而(ér)， 由(yóu)于其(qí)制备过(guò)程難以(yǐ)簡化(huà)且(qiě)産率較低(dī)，在(zài)循环(huán)方(fāng)面(miàn)相比人(rén)造石(dàn)墨(mò)尤明(míng)顯優勢，在(zài)目前(qián)消費電(diàn)子市(shì)场(chǎng)的(de)占比日(rì)漸式微。

比較改性(xìng)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)、人(rén)造石(dàn)墨(mò)、MCMB，人(rén)造石(dàn)墨(mò)的(de)綜合性(xìng)能(néng)優，在(zài)電(diàn)子産品市(shì)场(chǎng)上占比相对(duì)更(gèng)高(gāo)。改性(xìng)天(tiān)然石(dàn)墨(mò)成(chéng)本較低(dī)， 在(zài)動(dòng)力電(diàn)池、儲能(néng)電(diàn)池、消費電(diàn)子領域也(yě)獲得了(le)廣泛应用。硬(yìng)碳和(hé)软(ruǎn)碳是(shì)两(liǎng)類(lèi)重(zhòng)要(yào)的(de)碳負极(jí)材料。 石(dàn)墨(mò)相比，硬(yìng)碳和(hé)软(ruǎn)碳的(de)結晶度(dù)低(dī)，片(piàn)层(céng)結构不(bù)如(rú)石(dàn)墨(mò)規整有(yǒu)序。

常见的(de)硬(yìng)碳材料有(yǒu)樹(shù)脂碳(如(rú)酚醛樹(shù)脂)，有(yǒu)機(jī)聚合物(wù)热(rè)解碳(如(rú)PVDF)和(hé)蔗糖(táng)水(shuǐ)热(rè)成(chéng)球的(de)硬(yìng)碳球(hard carbon spheres，HCS)¨ 等。硬(yìng)碳材料中結构完全(quán)無序，存在(zài)微孔，重(zhòng)複的(de)石(dàn)墨(mò)片(piàn)結构低(dī)于2～3层(céng)。由(yóu)于不(bù)会(huì)发生(shēng)石(dàn)墨(mò)類(lèi)材料易于发生(shēng)的(de)溶劑共(gòng)嵌入(rù)和(hé)顯著的(de)晶格膨脹收(shōu)缩現(xiàn)象(xiàng)，硬(yìng)碳材料具有(yǒu)循环(huán)性(xìng)能(néng)好(hǎo)的(de)優點(diǎn)。如(rú)果(guǒ)不(bù)限制嵌镡電(diàn)位(wèi)， 比容量(liàng)超过(guò)了(le)石(dàn)墨(mò)類(lèi)材料(400~600 mA·h／g)。硬(yìng)碳材料同(tóng)时(shí)也(yě)存在(zài)周效率低(dī)、低(dī)電(diàn)位(wèi)儲镡倍率性(xìng)能(néng)差、全(quán)電(diàn)池滿充電(diàn)态易于析锂、壓實(shí)密度(dù)低(dī)等問(wèn)題(tí)。这(zhè)些(xiē)問(wèn)題(tí)使得硬(yìng)碳材料在(zài)能(néng)量(liàng)型锂離子電(diàn)池中应片(piàn)J沒(méi)有(yǒu)明(míng)顯優勢。但是(shì)硬(yìng)碳材料電(diàn)壓曲(qū)线的(de)斜坡段(duàn)儲锂的(de)倍率性(xìng)能(néng)較好(hǎo)，这(zhè)段(duàn)儲锂的(de)容量(liàng)为(wèi)200～300mA·h／g，通(tòng)过(guò)BMS控制，只(zhī)使用斜坡段(duàn)儲锂，可(kě)以(yǐ)在(zài)高(gāo)功率動(dòng)力锂離子電(diàn)池中獲得应用【J ， 目前(qián)日(rì)本企業在(zài)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電(diàn)池中使用了(le)硬(yìng)碳材料。與(yǔ)硬(yìng)碳相比， 软(ruǎn)碳是(shì)指如(rú)果(guǒ)在(zài)高(gāo)温(wēn)2500℃ 以(yǐ)』=．處(chù)理(lǐ)後(hòu)会(huì)石(dàn)墨(mò)化(huà)，但並(bìng)未經(jīng)过(guò)高(gāo)温(wēn)處(chù)理(lǐ)的(de)碳材料，一(yī)般由(yóu)小的(de)石(dàn)墨(mò)納米晶粒(lì)組成(chéng)，长(cháng)程尢序。常见的(de)软(ruǎn)碳材料主(zhǔ)要(yào)有(yǒu)石(dàn)油(yóu)焦、碳纖維、針(zhēn)狀焦等。

软(ruǎn)碳材料具有(yǒu)对(duì)電(diàn)解液适应性(xìng)强，耐过(guò)充、过(guò)放(fàng)能(néng)力强，循环(huán)較好(hǎo)，成(chéng)本低(dī)等優點(diǎn)，但其(qí)周不(bù)可(kě)逆容量(liàng)較大(dà)，充放(fàng)電(diàn)曲(qū)线上無電(diàn)位(wèi)平台(tái)，在(zài)0～1．2 V內(nèi)呈斜坡，造成(chéng)对(duì)锂平均電(diàn)位(wèi)較高(gāo)以(yǐ)至于锂離了(le)電(diàn)池端電(diàn)壓較低(dī)，壓實(shí)密度(dù)低(dī)，相对(duì)于石(dàn)墨(mò)類(lèi)負极(jí)材料電(diàn)池的(de)能(néng)量(liàng)密度(dù)偏低(dī)[131。软(ruǎn)碳材料的(de)容量(liàng)一(yī)股为(wèi)200~250 mA·h／g，近(jìn)年(nián)来(lái)，软(ruǎn)碳材料進(jìn)行改性(xìng)處(chù)理(lǐ)後(hòu)比容量(liàng)可(kě)以(yǐ)达(dá)到(dào)400 mA·h／g以(yǐ)上，循环(huán)性(xìng)能(néng)可(kě)以(yǐ)提(tí)升(shēng)到(dào)1500次(cì)以(yǐ)上。软(ruǎn)碳負极(jí)材料由(yóu)于避免了(le)石(dàn)墨(mò)化(huà)，成(chéng)本較低(dī)，在(zài)儲能(néng)電(diàn)池、混合動(dòng)力汽車等方(fāng)面(miàn)有(yǒu)一(yī)定的(de)应用前(qián)景。

Li4Ti5O12(LTO)是(shì)JONKER等 于1956年(nián)提(tí)出(chū)的(de)具有(yǒu)立方(fāng)尖晶石(dàn)結构的(de)一(yī)种負极(jí)材料，其(qí)理(lǐ)論嵌锂容量(liàng)为(wèi)1 75 mA·h／g，初次(cì)循环(huán)庫侖效率可(kě)达(dá)到(dào)98．8％，且(qiě)Li在(zài)嵌入(rù)脫出(chū)前(qián)後(hòu)材料的(de)體(tǐ)積變(biàn)化(huà)不(bù)到(dào)1％，是(shì)锂離子電(diàn)池中非(fēi)常罕见的(de)零(líng)应變(biàn)材料¨ ，

經(jīng)过(guò)表面(miàn)改性(xìng)提(tí)高(gāo)其(qí)室(shì)温(wēn)導電(diàn)性(xìng)後(hòu)具有(yǒu)非(fēi)常優异(yì)的(de)循环(huán)性(xìng)能(néng)和(hé)倍率性(xìng)能(néng)，有(yǒu)報道循环(huán)壽命可(kě)达(dá)30000次(cì)以(yǐ)上，65℃ 高(gāo)温(wēn)循环(huán)也(yě)可(kě)达(dá)8000次(cì)。其(qí)電(diàn)化(huà)學(xué)勢为(wèi)1．5 V ．Li+／Li，遠(yuǎn)高(gāo)于析锂電(diàn)位(wèi)，在(zài)負极(jí)材料中的(de)安(ān)全(quán)性(xìng)高(gāo)， 且(qiě)一(yī)般不(bù)会(huì)生(shēng)成(chéng)固體(tǐ)電(diàn)解质膜， 因(yīn)此(cǐ)電(diàn)池循环(huán)壽命好(hǎo)，高(gāo)低(dī)温(wēn)性(xìng)能(néng)也(yě)較好(hǎo)。常規電(diàn)池一(yī)20 ℃一(yī)般只(zhī)能(néng)放(fàng)出(chū)4O％的(de)容量(liàng)，而(ér)LTO在(zài)-40 ℃时(shí)仍然可(kě)以(yǐ)放(fàng)出(chū)40％的(de)容量(liàng)，且(qiě)大(dà)電(diàn)流放(fàng)電(diàn)效果(guǒ)很好(hǎo)。但是(shì)LTO 在(zài)应用时(shí)面(miàn)臨着一(yī)些(xiē)技術(shù)挑战。如(rú)嵌锂态Li7Ti5O12会(huì)與(yǔ)電(diàn)解液发生(shēng)化(huà)學(xué)反(fǎn)应導致(zhì)脹气(qì)L1 ，引起(qǐ)電(diàn)池容量(liàng)衰減、壽命缩短(duǎn)、安(ān)全(quán)性(xìng)下(xià)降，这(zhè)种情(qíng)況在(zài)温(wēn)度(dù)較高(gāo)时(shí)尤为(wèi)明(míng)顯。同(tóng)时(shí)，LTO嵌锂電(diàn)位(wèi)过(guò)高(gāo)，容量(liàng)降低(dī)，導致(zhì)整个電(diàn)池體(tǐ)系(xì)能(néng)量(liàng)密度(dù)較低(dī)。另外(wài)LTO 生(shēng)産成(chéng)本較高(gāo)，塗布(bù)技術(shù)、塗布(bù)环(huán)境要(yào)求高(gāo)， 目前(qián)市(shì)场(chǎng)上電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)和(hé)材料批次(cì)穩定性(xìng)都兼顧的(de)比較好(hǎo)的(de)碳包(bāo)覆納米LTO 價格大(dà)約在(zài)l3～15万(wàn)元(yuán)／吨。这(zhè)些(xiē)因(yīn)素使得LTO应用存在(zài)較高(gāo)的(de)技術(shù)門(mén)檻，主(zhǔ)要(yào)市(shì)场(chǎng)为(wèi)适合高(gāo)功率锂離子電(diàn)池应用的(de)領域。

矽負极(jí)材料因(yīn)其(qí)較高(gāo)的(de)理(lǐ)論容量(liàng)(高(gāo)温(wēn)4200 mA·h／g，室(shì)温(wēn)3590 mA·h／g)、环(huán)境友好(hǎo)、儲量(liàng)豐富等特點(diǎn)而(ér)很早(zǎo)就(jiù)被(bèi)考慮作(zuò)为(wèi)下(xià)一(yī)代(dài)高(gāo)能(néng)量(liàng)密度(dù)锂離子電(diàn)池的(de)負极(jí)材料。多(duō)种設計(jì)的(de)矽負极(jí)材料獲得了(le)廣泛研究，如(rú)前(qián)所(suǒ)述， 目前(qián)技術(shù)成(chéng)熟度(dù)較高(gāo)

的(de)矽基負极(jí)材料主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括碳包(bāo)覆氧化(huà)亞矽、納米矽碳複合材料和(hé)無定形矽合金(jīn)等。

矽負极(jí)材料商業化(huà)应用主(zhǔ)要(yào)需要(yào)解決两(liǎng)个問(wèn)題(tí)。矽負极(jí)材料在(zài)儲锂过(guò)程中可(kě)逆容量(liàng)與(yǔ)體(tǐ)積膨脹成(chéng)正(zhèng)比，如(rú)矽負极(jí)容量(liàng)如(rú)果(guǒ)达(dá)到(dào)3590 mA·h／g时(shí)，颗(kē)粒(lì)或(huò)晶粒(lì)膨脹高(gāo)可(kě)达(dá)320％，體(tǐ)積變(biàn)化(huà)與(yǔ)嵌锂容量(liàng)成(chéng)线性(xìng)關(guān)系(xì) 7-Jsj。因(yīn)此(cǐ)獲得高(gāo)容量(liàng)的(de)同(tóng)时(shí)就(jiù)

必然面(miàn)臨較大(dà)的(de)體(tǐ)積變(biàn)化(huà)。較大(dà)的(de)體(tǐ)積變(biàn)化(huà)先(xiān)從器件(jiàn)設計(jì)上往往不(bù)能(néng)接受，特别是(shì)软(ruǎn)包(bāo)類(lèi)電(diàn)芯。評價電(diàn)池體(tǐ)積能(néng)量(liàng)密度(dù)时(shí)以(yǐ)膨脹後(hòu)的(de)體(tǐ)積計(jì)算，这(zhè)樣(yàng)采用矽負极(jí)的(de)锂離子電(diàn)池在(zài)矽負极(jí)容量(liàng)較低(dī)时(shí)，體(tǐ)積比容量(liàng)未必会(huì)高(gāo)于采用高(gāo)壓實(shí)的(de)石(dàn)墨(mò)負极(jí)材料 。

其(qí)次(cì)，體(tǐ)積變(biàn)化(huà)較大(dà)容易導致(zhì)電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)衰減，活性(xìng)物(wù)质容易從導電(diàn)网(wǎng)絡中脫落(là)，並(bìng)導致(zhì)Si颗(kē)粒(lì)産生(shēng)裂纹粉化(huà)，從而(ér)嚴重(zhòng)影響矽基材料的(de)循环(huán)性(xìng)能(néng)。因(yīn)此(cǐ)，充放(fàng)電(diàn)过(guò)程中矽負极(jí)材料的(de)體(tǐ)積變(biàn)化(huà)較大(dà)是(shì)个要(yào)研究清(qīng)楚和(hé)解決的(de)問(wèn)題(tí)。另一(yī)个阻礙Si基負

极(jí)材料商業化(huà)应用的(de)原因(yīn)是(shì)固體(tǐ)電(diàn)解膜(SEI)120-21]。由(yóu)于Si基負极(jí)材料放(fàng)電(diàn)電(diàn)壓低(dī)，且(qiě)在(zài)循环(huán)过(guò)程中伴随着巨大(dà)的(de)體(tǐ)積變(biàn)化(huà)而(ér)導致(zhì)裂纹，新(xīn)鮮的(de)si表面(miàn)会(huì)暴露(lù)在(zài)電(diàn)解液中持(chí)續産生(shēng)SEI膜。基礎研究表明(míng)，裸漏在(zài)電(diàn)解液中的(de)矽負极(jí)其(qí)表面(miàn)SEI膜厚度(dù)可(kě)

以(yǐ)长(cháng)至5 pmL2 。SEI膜的(de)持(chí)續生(shēng)长(cháng)将消耗電(diàn)池正(zhèng)极(jí)材料中有(yǒu)限的(de)锂源、電(diàn)解液，導致(zhì)電(diàn)池容量(liàng)不(bù)斷衰減，內(nèi)阻不(bù)斷增加，體(tǐ)積也(yě)会(huì)相应膨脹。如(rú)果(guǒ)納米矽碳負极(jí)材料中存在(zài)矽裸漏的(de)問(wèn)題(tí)，将導致(zhì)全(quán)電(diàn)池循环(huán)性(xìng)差、電(diàn)池鼓脹等問(wèn)題(tí)。

在(zài)三類(lèi)矽負极(jí)材料中，充放(fàng)電(diàn)之(zhī)前(qián)，氧化(huà)亞矽類(lèi)材料中Si以(yǐ)5 nm 以(yǐ)下(xià)的(de)納米晶粒(lì)或(huò)团簇分(fēn)散(sàn)于SiO2的(de)連(lián)續介质中， 納米矽碳類(lèi)材料矽以(yǐ)30～500 nm 的(de)晶粒(lì)尺(chǐ)寸(cùn)共(gòng)存于碳的(de)介质中或(huò)碳颗(kē)粒(lì)的(de)表面(miàn)，無定形矽合金(jīn)中矽以(yǐ)原子、团簇或(huò)幾(jǐ)个納米

尺(chǐ)度(dù)分(fēn)散(sàn)于惰性(xìng)金(jīn)屬合金(jīn)介质中。在(zài)低(dī)電(diàn)流密度(dù)下(xià)，矽嵌锂的(de)容量(liàng)主(zhǔ)要(yào)受電(diàn)位(wèi)的(de)影響，在(zài)不(bù)限制嵌锂電(diàn)位(wèi)的(de)情(qíng)況下(xià)，可(kě)逆容量(liàng)基本都能(néng)达(dá)到(dào)3000-3590 mA·h／g， 因(yīn)此(cǐ)局(jú)部(bù)結构膨脹的(de)比例都达(dá)到(dào)了(le)300％，但充放(fàng)電(diàn)过(guò)程带(dài)来(lái)的(de)體(tǐ)積膨脹收(shōu)缩对(duì)周圍

介质造成(chéng)的(de)应力，应該與(yǔ)矽颗(kē)粒(lì)的(de)尺(chǐ)寸(cùn)有(yǒu)關(guān)。從微結构特點(diǎn)考慮，氧化(huà)亞矽、無定形矽合金(jīn)理(lǐ)論上在(zài)保持(chí)結构穩定性(xìng)方(fāng)面(miàn)相对(duì)于納米矽碳应該有(yǒu)優勢。

但是(shì)在(zài)實(shí)際充放(fàng)電(diàn)过(guò)程中，矽納米团簇及(jí)納米晶粒(lì)都有(yǒu)发生(shēng)電(diàn)化(huà)學(xué)团聚的(de)趨勢。此(cǐ)外(wài)，循环(huán)性(xìng)還(huán)與(yǔ)SEI膜的(de)穩定性(xìng)有(yǒu)密切(qiè)關(guān)系(xì)。由(yóu)于無定形矽合金(jīn)不(bù)易進(jìn)行表面(miàn)碳包(bāo)覆處(chù)理(lǐ)，形成(chéng)穩定的(de)SEI膜較为(wèi)困難。三种負极(jí)材料中，氧化(huà)亞矽循环(huán)性(xìng)較好(hǎo)，納米

矽碳及(jí)無定形矽合金(jīn)其(qí)次(cì)。微結构演化(huà)、SEI膜生(shēng)长(cháng)與(yǔ)循环(huán)性(xìng)的(de)關(guān)系(xì)還(huán)需要(yào)更(gèng)为(wèi)深入(rù)的(de)基礎研究，三种矽基負极(jí)材料均需進(jìn)一(yī)步的(de)優化(huà)開(kāi)发。

如(rú)果(guǒ)矽的(de)晶粒(lì)較大(dà)，在(zài)初次(cì)嵌锂时(shí)，體(tǐ)積膨脹還(huán)有(yǒu)各(gè)項异(yì)性(xìng)的(de)特點(diǎn) 。從穩定微結构的(de)角(jiǎo)度(dù)考慮，基于氧化(huà)亞矽負极(jí)材料循环(huán)性(xìng)較好(hǎo)的(de)現(xiàn)象(xiàng)，矽的(de)晶粒(lì)越小、結晶度(dù)越低(dī)則对(duì)抑制颗(kē)粒(lì)出(chū)現(xiàn)裂纹越有(yǒu)利。因(yīn)此(cǐ)，对(duì)于納米矽碳負极(jí)材料而(ér)言，如(rú)何将納米矽材料做得更(gèng)小(<100 nm)、結晶度(dù)更(gèng)低(dī)，同(tóng)时(shí)兼顧控制生(shēng)産成(chéng)本将是(shì)關(guān)鍵_J 23-24]。在(zài)此(cǐ)基礎上，需要(yào)不(bù)斷改進(jìn)制备工藝，通(tòng)过(guò)包(bāo)覆、摻雜、設計(jì)微結构等方(fāng)法(fǎ)改善納米矽碳負极(jí)材料的(de)電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)。

常见負极(jí)材料的(de)性(xìng)能(néng)对(duì)比见表1，充放(fàng)電(diàn)曲(qū)线如(rú)图1所(suǒ)示。