石墨是傳統的電(diàn)池負極材料，其性能穩定、價格低(dī)廉、易取得(de)，但(dàn)随着锂電(diàn)池的能量密度越來(lái)越大(dà)，石墨材料已經快跟不上(shàng)時(shí)代步伐，此時(shí)矽材料就應運而生(shēng)。矽相比石墨能夠适應更大(dà)的能量密度，理(lǐ)論可(kě)以達到4200mAh/g以上(shàng)，是理(lǐ)想的電(diàn)池負極材料，但(dàn)是矽材料相比于石墨卻過于活躍，這就使得(de)矽材料作(zuò)為(wèi)電(diàn)池負極時(shí)電(diàn)池容量衰減過快。那(nà)麽矽和(hé)石墨競争的結果到底是什麽呢，誰更适合做(zuò)電(diàn)池負極材料，請(qǐng)跟着惟尚一起來(lái)詳細了解。
矽負極材料理(lǐ)論比容量達到4200mAh/g以上(shàng)，遠高(gāo)于石墨類負極（372mAh/g），是下一代锂離子電(diàn)池負極材料的有(yǒu)力競争者。但(dàn)是矽負極存在天然的缺陷，锂嵌入到Si的晶胞內(nèi)，會(huì)導緻Si材料發生(shēng)嚴重的膨脹，體(tǐ)積膨脹達到300%，造成正極材料膨脹、粉化，造成容量迅速下降，為(wèi)了克服矽負極的這 些(xiē)缺點，科學家(jiā)将兩種材料結合在一起，利用石墨克服矽負極的缺點。雖然矽最初是要取代石墨負極，但(dàn)是最後兩種材料卻走到了一起，你(nǐ)中有(yǒu)我，我中有(yǒu)你(nǐ)。
矽碳複合根據矽的分布方式主要分為(wèi)包覆型、嵌入型和(hé)分子接觸型，而根據形态則分為(wèi)顆粒型和(hé)薄膜型，根據矽碳種類的多(duō)少(shǎo)分為(wèi)矽碳二元複合與矽碳多(duō)元複合。
矽碳複合材料的制(zhì)備方法有(yǒu)多(duō)種，例如高(gāo)能球磨法（既機械活化法，其主要原理(lǐ)是利用機械能誘發化學反應或者誘導材料組織、結構和(hé)性能的變化）、化學氣相沉 澱法（既CVD法）、濺射沉積法（這是制(zhì)備膜材料的主要方法，利用氣體(tǐ)放電(diàn)産生(shēng)的離子，在電(diàn)場(chǎng)的作(zuò)用下，高(gāo)速轟擊靶材，使得(de)靶材中原子逸出，沉積到基體(tǐ)上(shàng) 形成薄膜），蒸鍍法（将材料加熱蒸發，使得(de)材料氣化/升華，并沉積在基體(tǐ)上(shàng)形成薄膜），高(gāo)溫裂解法等。
目前應用的主要方法為(wèi)高(gāo)溫裂解法，這種方法，相較于其他方法，工藝相對簡單，具有(yǒu)很(hěn)好的應用前景。常用的方法為(wèi)将納米矽顆粒分散在有(yǒu)機溶劑中，并加入相 應的有(yǒu)機物，幹燥後在高(gāo)溫下發生(shēng)反應裂解反應，生(shēng)成Si碳複合材料。例如Pengfei.G等将納米Si，六氯環三膦腈（HCCP）和(hé)4，4’-二羟基二 苯砜（BSP）加入到四氫呋喃和(hé)乙醇的混合溶液之中，然後加入三乙胺（TEA）分散清洗幹燥後，高(gāo)溫裂解得(de)到Si-C複合材料，其比容量超過 1200mAh/g以上(shàng)，循環40次容量保持率達到95.6%。
高(gāo)能球磨也是目前的研究熱點，利用高(gāo)速球磨産生(shēng)的機械能，促進體(tǐ)系的化學反應，用較低(dī)的成本獲得(de)目标産物。例如，Chil.Hoon等利用高(gāo)能球磨法，首先将鐵(tiě)粉、銅粉和(hé)納米矽顆粒混合在一起，然後将石墨加入其中在此球磨，得(de)到Fe-Cu/Si/C多(duō)元複合材料。
氣相沉積法是實驗室中常用的方法，Pengfei.G等利用氣相沉積法在納米Si顆粒的表面沉積了多(duō)壁碳納米管（MWNT），碳納米管形成了良好的導電(diàn) 網絡，複合材料的容量和(hé)循環性能都表現很(hěn)好，首次充電(diàn)比容量可(kě)以達到1592mAh/g以上(shàng)，循環20次後，比容量仍然能夠達到1400mAh/g。
目前制(zhì)備Si-C複合材料的方法很(hěn)多(duō)，一些(xiē)方法（濺射沉積法等）制(zhì)備的薄膜型的Si電(diàn)極具有(yǒu)十分良好的循環性能，但(dàn)是這些(xiē)方法目前來(lái)看，生(shēng)産成本過高(gāo)， 無法大(dà)規模生(shēng)産，這都限制(zhì)了其在生(shēng)産中的應用。目前較為(wèi)實用的方法為(wèi)高(gāo)溫裂解法和(hé)高(gāo)能球磨法兩種，通(tōng)過優化工藝可(kě)以獲得(de)性能較好的産品。
