硅/碳复合负极材料的结构及性能

硅/碳复合负极材料的结构主要分为三种：包覆型结构、嵌入型结构和掺杂型结构。包覆型硅/碳复合材料的表面碳层主要是无定型碳，嵌入型的碳基质主要为无定型碳、石墨和石墨烯等。目前，硅与碳纳米管的复合以及硅与碳三元复合的掺杂型复合结构成为研究热点。

包覆型硅/碳复合材料的优点在于硅含量高，有助于其储锂容量的提高。表面良好的包覆碳层可以有效的缓冲硅的体积效应，增强电子电导，同时产生稳定的SEI膜，稳定复合材料与电解液的界面。

嵌入型是最常见的硅/碳复合结构，指将硅颗粒嵌入到碳基质中形成二次颗粒，依靠导电碳介质来提高材料的结构稳定性和电极的电活性，其中导电碳基质可以是无定形碳、石墨，也可以是近几年研究非常广泛的拥有优异电导率和柔韧性的石墨烯。不同的碳基质复合材料所表现出的电化学性能也不同。

与包覆型相比较，嵌入型硅/碳复合材料的硅含量较低，可逆容量通常也较低，但是由于碳含量高，所以嵌入型硅/碳复合材料的稳定性较好。

（1）硅/碳纳米管复合材料

Si/碳纳米管纳米复合材料制备主要是通过将硅沉积到碳纳米管的表面或者碳纳米管薄膜的表面，再就是在硅纳米颗粒表面直接生长碳纳米管。目前，合成的碳纳米管复合材料展现了良好的循环稳定性和倍率性能。

（2）三元硅/碳复合材料

硅/无定型碳/石墨是研究最多、最早的三元硅碳复合体系，其主要利用球磨和高温热解的方法相结合制备，进一步将硅改性为多孔结构的硅材料，制备得到多孔硅/石墨/无定型碳三元复合材料的化学性能可以得到很好的提升，这得益于多孔硅上的纳米孔洞抑制了其体积的膨胀，石墨又有效的提高了硅颗粒的分散度，同时无定型碳又能很好的起到粘结剂的作用。

目前，含有金属或者金属氧化物的三元硅碳复合材料也是研究的一个主要方向，其中的金属离子可以进一步提高负极材料的导电性能，而且复合制备简单，充放电容量高。