材料特性

? 高理論比容量：硅的理論比容量高達4200mAh/g，遠高于傳統(tǒng)石墨負極材料的372mAh/g，
能顯著提升電池能量密度，使電子產(chǎn)品續(xù)航更久、電動汽車行駛里程更長。

? 體積變化大：硅在充放電過程中體積變化可達300%-400%，可能導致電極結(jié)構(gòu)破壞、材料粉化，
進而使電池性能下降、循環(huán)壽命縮短。

? 導電性差：硅的本征電導率較低，約為10??S/cm，不利于電池高倍率充放電，會使電池在大電流充
放電時極化嚴重，性能降低。

制備方法

? 機械球磨法：將硅粉與碳材料混合后在球磨機中研磨，通過機械力使硅與碳均勻混合并形成硅碳復合
材料。該方法簡單易行、可規(guī)模化生產(chǎn)，但可能引入雜質(zhì)，且材料結(jié)構(gòu)和性能均勻性稍差。

? 化學氣相沉積法：利用氣態(tài)的碳源在高溫和催化劑作用下分解，在硅顆粒表面沉積碳層，形成硅碳復
合材料。能精確控制碳層厚度和結(jié)構(gòu)，制得的材料性能較好，但設(shè)備要求高、成本高、產(chǎn)量低。

? 溶膠-凝膠法：以含硅和碳的有機化合物為前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠過程形成硅碳復合的凝膠，再經(jīng)高溫
煅燒得到硅碳復合材料?？蓪崿F(xiàn)硅與碳的均勻復合，材料性能好，但工藝復雜、周期長。

在鋰離子電池中的應用優(yōu)勢

? 提升能量密度：可大幅提高鋰離子電池能量密度，滿足電動汽車等領(lǐng)域?qū)Ω吣芰棵芏入姵氐男枨?，推動行業(yè)發(fā)展。

? 改善循環(huán)性能：通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝，硅碳負極能在一定程度上緩解硅的體積膨脹問題，
使電池循環(huán)性能得到改善，延長使用壽命。

? 高倍率充放電潛力：經(jīng)過優(yōu)化導電性和結(jié)構(gòu)后，硅碳負極在高倍率充放電下能表現(xiàn)出較好性能，可滿足快速充電
和高功率輸出要求。

面臨的挑戰(zhàn)

? SEI膜不穩(wěn)定：硅的體積變化會使SEI膜不斷破裂和重建，消耗鋰離子和電解液，降低電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

? 成本較高：目前高性能硅碳負極材料的制備工藝復雜，原材料成本高，導致整體成本較高，限制了大規(guī)模應用。

? 產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難題：在大規(guī)模生產(chǎn)中，存在材料一致性控制、與電池生產(chǎn)工藝兼容性等技術(shù)難題，需要進一步研究和解決。