如何对锂离子电池的硅基负极材料进行结构设计，使其满足商业要求？

　　硅基负极材料被视为现有商业化碳负极材料的替代性产品之一，然而由于在充放电过程中存在较大的体积效应而无法商业化，为此研究人员进行了大量的改性研究。基于理论研究及实验研究两方面，希望对新型合金负极材料的研究有促进作用。

　　结构设计

　　对硅单体的改性能在一定程度上减小硅的体积膨胀系数，但由于体积效应仍然存在，且硅本身的导电性不足以支撑锂离子的快速输运，因此在硅基负极材料获得商业化之前，仍需要进行大量的结构设计，以使其达到商业化应用要求。

　　1、核壳结构

　　核壳结构构造的目的在于通过外壳的基本特性为硅或硅合金的体积膨胀提供缓冲层，将硅或硅合金的体积效应控制在核壳结构内。研究人员进行了大量关于核壳结构的研究。图4为Si/NiSi2/Ni/C核壳结构样品的结构示意图及循环曲线。

　　Deng等人以纳米Si作内核，NiSi2/Ni作壳层包覆纳米Si，并外包覆碳层，制备具有核壳结构的硅基负极材料。实验样品具有1194mAh/g的可逆比容量，105周循环容量保持率为98%。该制备方法具有工艺简单且成本低廉的特点。

　　Wu等人通过静电纺丝技术将纳米硅颗粒装入空心碳纤维中制备具有核壳结构的Si/C负极材料。0.2A/g的电流密度下，样品的可逆比容量为903mAh/g，100周循环的容量保持率为89%;当电流密度增加到2A/g，样品的可逆比容量仍达到743mAh/g，具有较好的倍率性能。空心碳纤维不仅抑制了纳米硅的体积膨胀，且提高了材料的导电性。

　　2、三明治结构

　　Sun等人以工业硅粉、石墨及蔗糖为原料，采用机械高能球磨法将工业硅粉的尺度下降，再将工业硅粉与石墨进行球磨混合，最后通过蔗糖高温裂解碳包覆形成三明治结构MS-G@C复合负极材料。样品在0.5C下可逆比容量为830mAh/g，100周循环内容量每周仅衰减0.02%，具有较好的循环稳定性。先进的结构设计一方面提供了较高的导电网络，另一方面阻碍了Si在充放电过程中的粉化失效。