硅碳复合负极材料结合了两者的优点，相比传统碳负极材料而言，循环稳定性和比容量都有所提升，但是仍不能满足市场需求。在探索材料制备技术基础上，深入探究硅碳复合负极材料的嵌脱锂机理；大胆尝试各种新的表征手段与技术，关注SEI膜形成机理和电极反应机理；探究新的方�?如在硅碳之间增加一层过渡层)来加强复合材料的结合力等将是未来研究的重点。研制出安全、低成本、高比容量、长循环寿命、环境友好的硅碳负极材料必是大势所趋、�/p>

1硅／碳二元复合材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>1�?硅／传统碳材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>1�?�?硅／石墨复合材料
石墨是目前已商业化的锂离子电池负极材料，来源广且价格较低，具有良好的导电性能，其独特的层片状结构可以缓冲硅材料体积变化、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>李新喜等�?】以纳米硅与石墨不同比例的掺杂，通过高能球磨与退火处理，得到硅／石墨复合材料，然后进行电化学测试。结果表明，当硅与石墨比例为2：l时，***放电比容量可�? 136�? mAh／g�?**充放电效率为85�?％；循环35次之后，其可逆容量的保持率为85�?％，具有良好的电化学性能。Jeong等旧用金属金催化裂解硅烷在多孔石墨上生长硅纳米线的方法得到了硅／石墨复合材料。在电流密度�?2�?mAfcm2时，***循环库仑效率�?1％，可逆容量密度为1 230mAhfcm2；在电流密度�?10 nlAJcnl2下循�?00次后可逆容量密度为l 014 mAh／cnl2、�/p>

1�?�?硅／无定型碳复合材料
无定型碳主要由树脂或有机聚合物低温裂解而得。这类碳材料大都具有较高的理论嵌锂容量、良好的电解液相容性。Yu�?7】用动态化学气相沉�?CVD)法在纳米硅颗粒表面均匀地包覆一层碳，并通过控制反应时间来调节碳层厚度，***厚度�?2 nm左右，此样品循环70次后比容量保持在l 600 mAh／g左右，且电流密度�? A／g时可逆比容量仍有750 mAh／g、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>屈超群等�?】采用静电纺丝法以聚乙烯吡咯烷酮(P、研作为高分子聚合物配体制备了硅碳复合负极材料。电化学测试结果表明，在O�? C下进行循环，放电比容量一直维持在800mAh／g左右；当倍率提高到l C�? C时，放电比容量分别为430�?�?46�? mAh／g，且循环lO次后衰减较少，表现出良好的倍率和循环性能。Shao等[91以葡萄糖为碳源，用水热法得到�?�? nm孔径的硅碳复合材料。电化学测试表明，电流密度为400 mA／g时，循环100次后可逆比容量�? 607 mAh／g；电流密度升�?0A／g时，比容量仍然有l 050 mAh／g。理想的硅／无定型碳复合材料是无定型碳能无孔隙地包覆在硅颗粒表面，减小表面SEI膜的沉积，同时能够有效抑制体积效应，从而得到较高的库仑效率、较小的不可逆容量。但是目前很难使碳无孔隙包覆硅颗粒，硅的结构在电池充放电过程中还会被缓慢地破坏、�/p>

1�?硅／新型碳材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>1�?�?硅，碳纳米线复合材料
碳纳米线常常被当作第二基体，作为导电网络起导电作用、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Kong警”冼用静电纺丝法得到了聚丙烯�?PAN)-Si纳米纤维，再在其上包覆一层聚多巴胺，然后在二甲基甲酰�?DMF)中浸泡除去PAN后经过碳化处理得到了中空结构的硅／碳纤维复合材料。该复合材料�?0mA／g下，经过50次循环容量保持率�?2�?％，循环稳定性较好、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Wang等�?2J以PAN为前驱体，利用电纺丝法制备出了硅／碳纳米纤维材料。电化学测试结果表明，当C与Si的质量比�?7�?3时，可逆比容量达l 240 mAh／g，并且该纤维结构能有效缓冲体积效应，提供良好的导电网络。Cui等嘲以SiH,为硅源，�?00℃条件下用低压CVD法在碳纳米纤维上生长一层无定形硅，制备出具有核壳结构的硅／碳纳米线复合材料。电化学测试结果表明，其可逆比容量高达2 000 mAh／g，在0�? C下，经过55次循环后可逆比容量仍有1 700mAh／g�?0次循环之内比容量的降低小�?0％，并且�?**循环(库仑效率�?0�?外，接下来的循环效率基本�?8�?-99�?％。这是由于碳的比容量较小，碳纤维在充放电过程中所承受的应力较小，结构稳定性容易维持。然而，CVD法产率低，制备过程难以精确控制，生产成本高、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>G6mez-Camer等�?4l先用化学合成法得到硅／酚醛聚合物复合材料，再在惰性气氛下经过碳化得到Si．sio,／c纤维复合材料。电化学测试结果表明，当电流密度�?00 mA／g时，可逆比容量高达2 500 mAh／g。循环稳定性较好。他们认为多孔的碳纤维和无定型的Si0。抑制了硅的体积效应、�/p>

1�?�?硅／碳纳米管复合材料
碳纳米管是由单层或多层的石墨片卷曲而成的一维量子材料，层与层之间保持固定的距离，约0�?4 nm，层间距较大有利于锂离子的脱嵌。Gao等�?斗认为碳纳米管长度有限，锂离子的脱嵌深度小，路径短，所以在大电流下电极的充放电极化程度较小，且结构较稳定、导电性能好。Wang�?6J用射频等离子体增强化学气相沉积法制备出了硅／碳纳米管复合材料。电化学测试结果表明�?**可逆比容量�? 978 mAh／g，循�?00次之后容量保持率保持在一个较高的水平，循环稳定性能优异。他们认为这归因于碳纳米管能够缓冲硅的体积变化，保证了电极结构的完整，并且薄膜孔隙大小的分级结构使得界面脱层问题得到有效缓解、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Wang�?月先用液相注射CVD法制备有序的碳纳米管阵列。然后在其表明沉积一层纳米硅层得到了硅／碳纳米管复合材料。电化学测试表明�?**放电比容量为2 500 mAh／g，经�?00次循环后，比容量保持在l 000 mAh／g，电化学性能优异。他们认为这归因于碳纳米管阵列，其不仅缓冲了硅的体积效应，还提供了良好的导电通道、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Yue争嘲用油包水乳液技术制备了3D硅／碳纳米管胶囊复合材料。电化学测试表明�?**放电比容量为2 950 mAh／g，电流密度为0�? A／g时，100次循环后比容量为1 226 mAh／g；电流密度为10 A／g时，100次循环后比容量为547 mAh／g、�/p>

1�?�?硅／石墨烯复合材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道、成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，具有很好的机械弹性，可以缓冲硅／石墨烯复合材料的体积效应，并且可以提供良好的导电网络，保证硅与硅、硅与集流体之间良好的电接触、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Lin等�?明先以聚丙烯酰胺作为交联剂与硅颗粒和氧化石墨烯形成水凝胶，再通过冷冻干燥和高温退火等操作形成气凝胶，其中硅含量可以高�?9�?23�?质量分数)，该材料�?�?A／g下经�?00次循环后比容量有1 610 mAh／g。Chang等∞用自组装法将泡沫镍依次浸泡于氧化石墨烯的乙醇溶液和硅的乙醇溶液中制备出了层层结构的硅／石墨烯复合材料。电化学测试结果表明，电流密度为2�? A／g时，经过100次循环后可逆比容量�? 500 mAh／g，库仑效率为99％，容量保持率为80％，并且当电流密度为24 A／g时，可逅�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>比容量有700 mAh／g，表现出良好的电化学性能。Luo等�?I】不用粘结荆制备了一种新型硅／石墨烯复合材料。电化学测试表明，l 300次循环后放电比容量仍�?68mAh／g，表现出较好的循环性能。他们分析认为，硅纳米颗粒被均匀地插入到石墨烯层问的孔隙中，有效避免了硅颗粒与电解质的直接接触，同时均匀的多孔网络使石墨烯有很好的机械稳定性、�/p>

2硅／碳多元复合材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>2�?硅／传统碳材�?amp;纳米碳材斘�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>单独用传统碳材料作为基体确实能缓冲硅颗粒在电池充放电过程中的体积效应．但是其缓冲能力很有限且电化学性能不够好。于是，研究人员尝试用纳米碳材料与传统碳材料以及硅复合以构成三元复合材料从而进一步提高材料的缓冲能力以及电化学性能。Zhu等㈤以硅、石墨烯、纳米碳纤维制备了三维复合柔性材料。该材料�?00 mA儋下循环l 050次后比容量为2 002mAh／g，表现出优异的电化学性能。他们认为是因为纳米硅颗粒周围较大的空隙缓冲了体积效应、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Zhou等瞄l用高温热解法制备出了硅／无定型碳&多壁碳纳米管(Ivlwcl,frs)纳米复合材料。电化学测试结果表明***放电比容量为1 216 mAh／g，循�?0次后充电比容量为7llmAh／g，远超过硅／无定型碳复合材料。Feng等例将二氧化硅与聚乙烯醇用镁热还原的方法制备出了多孔的硅／碳纳米管材料，然后在其表面用化学气相沉积法沉积了一层碳层，得到硅／碳纳米管&碳复合材料。电化学测试表明，多孔硅／碳纳米管相比由二氧化硅得到的多孔硅，其***可逆比容量从l 830 mAh／g提升�? 871 mAh／g，循环稳定性也提高不少。而多孔硅／碳纳米�?amp;碳复合材料在电流密度�? A／g的条件下，经�?00次循环后，容量保持率仍有95�?％、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>
高鹏飞嗍先用镁热还原法和化学气相沉积法制备了介孔硅／碳纳米管复合材料，再用CVD法在复合材料表面沉积包覆了均匀的无定型碳层得到了硅／碳纳米管＆无定型碳三元复合材料。电化学测试结果表明，当电流密度�?00 rnA／g时，***可逆比容量为l 149 mAh／g，经�?00次循环后可逆比容量�? 087 mAh／g，经�?00次循环后可逆比容量�?08mAh／g，此时仍超出传统石墨负极材料比容量的2倍，表现出良好的循环稳定性、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Yang等∞用电泳沉积法制备出了硅／�?amp;石墨烯复合材料。电化学测试表明，在0�? A／g电流密度下循�?00次后比容量维持在1 165 mAh／g，电化学性能良好。他们认为碳包覆层有效提高了电导率且有利于SEI膜稳定形成，石墨烯则使复合材料成为一个导电整体，且其良好的柔韧性缓冲了硅的体积变化、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>
Chen等叨通过制备硅／碳纳米管＆聚乙烯醇凝胶，得到了硅／碳纳米�?amp;碳三元复合材料。电化学测试表明�?**放电比容量为800 mAh／g，在0�? C下，循环100次后容量保持率为97％。他们认为在该复合材料中，碳纳米管提供导电网络并且起缓冲硅的体积效应的作用；聚乙烯醇凝胶可以固定其它两者，使其分布均匀。结构稳定、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>
2�?硅，碳材�?amp;金属材料
除了将碳与硅碳复合，研究人员也尝试将金属材料与硅碳复合，并取得了很大的进展。Kim等闭先在硅纳米颗粒中嵌入Cu-AI-Fe混合相，再用还原氧化石墨烯将其包覆得到了硅，碳＆金属复合材料，较好地解决了因硅的体积效应所导致的库仑效率低与比容量衰减快等问题。电化学测试表明�?**充放电比容量为l 384�?�? 140�? mAh／g，且容量保持率和比容量水平较高、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>Edfouf�?291将硅、铝、石墨粉、金属问化合物Ni34Sn4机械研磨，制备得到Nio．。。Sno．．，Si�?2Al蝴Co蜥复合材料，si颗粒嵌插在多元素基质中。电化学测试表明，经�?80次循环后仍有920 mAh／g的比容量。Du�?0]先将�?L--氧化硅进行镁热还原，再用纳米银颗粒进行表面修饰，***与纳米石墨片复合得到硅／�?amp;石墨复合材料。电化学测试表明，电流密度为100 mA／g时比容量高达3 531 mAh／g；电流密度为32A／g时，比容量仍�? 241mAh／g。他们认为，多孔结构缓冲了体积效应，银和石墨极大地提高了其导电性能、�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>由此可见，此种复合材料可以有效地提升电池的可逆比容量和循环稳定性。但对其制备技术的研究还有很长的路要走、�/p>

3结论与展朚�br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; border: 0px; padding: 0px;"/>硅碳复合负极材料结合了两者的优点，相比传统碳负极材料而言，循环稳定性和比容量都有所提升，但是仍不能满足市场需求。在探索材料制备技术基础上，深入探究硅碳复合负极材料的嵌脱锂机理；大胆尝试各种新的表征手段与技术，关注SEI膜形成机理和电极反应机理；探究新的方�?如在硅碳之间增加一层过渡层)来加强复合材料的结合力等将是未来研究的重点。研制出安全、低成本、高比容量、长循环寿命、环境友好的硅碳负极材料必是大势所趋、�/p>