硅金属复合资料应用前景

将金属与硅复合，金属能够起到必定的支持作用，在锂离子的嵌入脱出进程中阻挠硅体积胀大，下降粉化程度。金属与硅构成合金后，嵌锂的自由能更低，进而使嵌锂进程更简略。一起金属优秀的导电性，可进步硅合金资料的动力学功能。因而金属与硅复合能够有用改进硅基复合资料的电化学功能。
Si-活性金属尽管比容量较高，可是因为活性金属本身也会呈现粉化景象，因而循环功能差。而Si-非活性金属复合资猜中非活性金属是惰性相，因而会大大下        电池网降硅资料的可逆容量，可是安稳性相应会略有进步。而当把Si与活性金属以及非活性金属一起混合构成复合物时，运用协同效应，就能够制备得到安稳性好且容量高的硅基电极资料。
2.硅炭复合资料
       炭资料作为锂离子电池负极资料在充放电进程中体积变化小，具有杰出的循环安稳功能和优秀的导电性，因而常被用来与硅进行复合。在炭硅复合负极资猜中，依据炭资料的种类能够将其分为两类：硅与传统炭资料和硅与新式炭资料的复合。其间传统炭资料主要包含石墨、中心相微球、炭黑和无定形碳。新式炭资料主要包含碳纳米管、碳纳米线、碳凝胶和石墨烯等。
(1)硅石墨/中心相炭微球复合资料
       石墨具有优秀的导电性，与硅复合后能够改进硅基资料本身导电性差的疑问。常温条件下，硅与石墨化学安稳性很强，很难产生较强的作用力，因而高能球磨法和化学气相堆积法常被用来制备硅石墨复合资料。
中心相炭微球是沥青类有机化合物经过液相热缩聚反响和炭化构成的一种微米级的石墨化的炭资料，其具有优秀的电化学循环特性，现已被广泛应用于商业锂电池负极资料。与石墨相似，将中心相沥青碳微球与硅复合也可进步硅极资料的电化学功能。
(2)硅炭黑复合资料
       炭黑具有优秀的导电性，研讨者们也测验将炭黑与硅进行复合用于锂离子电池负极资料。科学家经过高温处理炭黑得到导电网络构造，先后堆积硅及无定形碳，然后运用造粒机得到尺度在15~30μm的硅炭复合资料。可逆容量高，循环安稳性好。
(3)硅碳纳米管/线复合资料
       制备碳纤维的常用办法之一为静电纺丝法，经过将硅源参加到挑选的前驱体中，即可得到硅碳纤维复合资料。经过直接混合或化学构成法也能制备得到硅碳纳米管/线复合资料。而碳纳米管/线常常被当作第二基体，作为导电网络起导电作用。
别的，化学气相堆积法是一种制备纳米线及纳米管的常用办法。运用化学气相堆积法能够在硅外表直接成长碳纤维或碳管，也能够将硅直接堆积成长在碳纤维碳管外表。

(4)硅碳凝胶复合资料
       碳凝胶是一种经过溶胶/凝胶法制备的纳米多孔炭资料。碳凝胶内部坚持了炭化前有机气凝胶的纳米网络构造，具有丰厚的孔洞和连续的三维导电网络，起到缓冲硅体积胀大的作用。因为碳凝胶的比外表积大，因而硅碳凝胶复合资料的初次不可逆容量很大。一起有机凝胶中的纳米硅在炭化进程中生成无定形SiOX并易分解成Si和SiO2，SiO2的存在会下降硅基资料的可逆容量，影响资料的电化学功能。
(5)硅石墨烯复合资料
       石墨烯具有柔性度好、纵横比高、导电性优秀和化学功能安稳等长处。杰出的柔性使得石墨烯易于与活性物质复合得到具有包覆或层状构造的复合资料，并且能够有用缓冲充放电进程中的体积效应。相比于无定形碳，二维的石墨烯具有更优秀的导电性，能够保证硅与硅、硅与集流体之间杰出的电触摸。
而石墨烯本身也是一种优秀的储能资料，将其与硅复合后，可明显进步硅基资料的循环安稳性和可逆容量。现在常用的制备硅石墨烯复合资料办法主要有简略混合法、抽虑法、化学气相堆积法、冻干法、喷雾法和自组装法等。
3.其它硅基复合资料
(1)硅化合物型复合资料
       在硅-化合物型复合物的研讨上，作为基体的主要有TiB2、TiN、TiC、SiC、TiO2、Si3N等物质。这类复合物常用的制备办法为高能球磨法，此类硅基资料循环安稳性比纯硅负极资料非常好一些，可是因为基体不发生脱嵌锂反响，这类资料的可逆容量通常都很低。
(2)硅导电聚合物复合资料
导电聚合物因为本身具有杰出导电性好、柔性度好以及易于进行构造规划等长处，不只能够缓冲硅基资料的体积效应，还能够坚持活性物质与集流体杰出的电触摸。常用的导电高分子主要有聚吡咯、聚苯胺等。
电极制备技术的优化
1.电极的处理
       科学家用聚偏二氟乙烯作黏合剂，发现热处理能够使黏合剂愈加均匀分布在电极中，并增强硅与集流体的之间的黏合力。别的，以PVDF为黏结剂，将其与纳米硅以必定份额涂在铜电极上，在900℃下迅速热处理20min能够直接得到碳包覆硅电极，库伦效率高，充放电容量大，循环功能好。
2.集流体的挑选
       硅无穷的体积变化构成本身破坏，会使得活性物质从集流体上掉落，因而构成较差的循环安稳性。经过增强集流体和硅之间的作用力，坚持其杰出的电触摸也是改性的办法之一。外表粗糙的集流体与硅之间的作用非常好，因而运用多孔金属集流体是一种进步硅基负极资料电化学功能的有用办法。此外，制备薄膜状的硅及硅基复合资料可省去集流体，直接用于锂离子电池负极资料，然后避免了硅基资料因无穷体积效应从集流体掉落失掉电触摸的疑问。
3.黏结剂的挑选
      锂电池厂商在制备通常的锂离子电池电极资料时，通常将活性物质、黏结剂及炭黑等导电剂按必定份额混构成浆料再涂于集流体上。因为无穷的体积效应，传统的黏结剂PVDF并不能较好的习惯硅电极。因而，经过运用能够习惯硅无穷体积效应的黏结剂能够有用的改进硅基资料电化学功能。
近几年，研讨者们在硅基资料黏结剂上做了很多研讨，常用的硅基黏结剂主要有羧甲基纤维素、聚丙烯酸、海藻酸、及相应钠盐等。此外研讨者们还对聚酰胺、聚乙烯醇、聚芴型聚合物和具有自愈合功能的黏结剂进行了研讨与规划。
4.电解液的挑选
       电解液的构成影响着SEI的构成，进而影响着负极资料的电化学功能。为了构成均一安稳的SEI研讨者们经过参加电解液添加剂来改进硅基资料的电化学功能。现在运用的添加剂有双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、碳酸丙烯酯、琥珀酸、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯等，其间作用最佳的为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。