冯雪娇 杨 军 努丽燕娜 王久林

(上海交通大学化学化工学院，上海 200240)

硅具有 4 200 mAh·g-1(4.4Li+Si→Li4.4Si)的比容量和适中的电压平台(约0.4 V)，在锂离子电池领域得到广泛的关注[1-3]。但硅在脱嵌锂过程中容易造成巨大的体积膨胀(达到300%以上)，导致循环过程中极化严重和电极崩塌，破坏了导电网络[4-6]。为了解决这个问题，目前大家的研究主要集中在两个方面。一是改善硅的形貌，缩短Li+扩散距离，如制备纳米硅颗粒[7]、硅纳米线[8]。Cui课题组[9]通过超临界流体-液-固相法(SFLS)合成硅纳米线，30次循环后可逆容量还能达到1 500 mAh·g-1。多孔硅由于预留了体积膨胀的空间，能够有效抑制硅在脱嵌锂过程中的体积膨胀。Choo小组[10]通过萘钠还原SiCl4和利用二氧化硅作模板得到3-D多孔硅，在1C的倍率下100次循环后还能保持2 800 mAh·g-1的比容量。但这种多孔硅因其制备工艺复杂、成本高，难以大规模生产。二是在硅基负极材料中引入具有优异导电性和机械强度的碳相[11-13]，这样既可以增加材料的导电性，又能缓解一部分体积膨胀。目前，研究较多的是碳纳米管[14]、多孔碳[15]或石墨烯[16]与纳米硅的复合。我们课题组[17]在纳米硅粉表面包覆一层多孔碳，40次循环后容量保持率还能达到95.6%。电化学性能的提高主要是因为多孔碳层的引入提高了复合材料的结构稳定性与导电性。然而，通过热解法[18]、球磨法、化学气相沉积法[19]等简单方法将硅颗粒与碳的复合，很难在电化学性能上取得根本性突破；同时石墨烯价格昂贵，势必会大幅度增加材料的成本[20]。结合多孔结构和引入碳相的优势，立足于规模化生产需求，本课题组[21]已报道采用简单的球磨法，利用锂硅合金还原光伏产业的副产物四氯化硅制得多孔硅/碳复合材料。……