中国粉体网讯 随着新型负极材料研究的深入，硅基负极日益受到关注，并且已经迈出了商业化应用的步伐。硅基负极的前景被大家看好，但是硅负极存在天然的缺陷，比如导电性差、体积膨胀等，严重限制了硅基负极的实际应用。
针对硅基负极存在的问题，研究者尝试了很多改性策略。其中，表面包覆改性是有效手段之一。通常表面包覆层可以是坚韧的，也可以是柔韧的，不仅需要能够缓冲应力，还要有优良的导电性，为锂离子和电解质提供快速的转运通道，同时有着电化学稳定，可以使得硅负极保持相对独立，保护硅负极不受电解液的影响。表面的包覆层需要有效地缓解巨大的体积膨胀带来的机械应力，以提高负极结构的稳定性。同时能够保证表面SEI膜可以稳定存在。关于硅负极的包覆改性，碳包覆、金属及金属氧化物包覆、高分子聚合物包覆、石墨烯包覆等受到了广泛关注和报道。
1、碳包覆
碳包覆的手段是目前改良Si和SiO负极原料电化学性能最常见且有效的方式。主要原因有以下几点：①碳包覆层具有良好的导电性能，可以实现锂离子的快速传输；②与其他无机包覆层相比，碳包覆层具有更好的韧性，可以很好的适应体积膨胀引起的应力变化，具有一定的延展性；③可以通过许多不同的方法或者前驱体简单的制备获得，具有大规模商业化生产的潜能；④能够有利于形成稳定的SEI膜。由于以上原因，有大量的研究者采用商业化SiO粉末和石墨或有机碳源为前驱体制备SiOx/C复合负极材料。
2、金属及金属氧化物包覆
金属及其合金有着高弹性模量、高硬度等一系列优良的机械性能，并且有着得天独厚的优良导电性。这些优秀的性能在缓解纳米硅循环过程中的膨胀效应以及提升纳米硅导电性能方面意义非凡。但是，金属包覆层材料需要有着可以将锂离子传输到位于中心位置的硅的能力，同时包覆层又不能和锂离子以及电池电解液发生化学反应。这些条件都对包覆层金属的选择提出了更高的要求。实验表明，金属在改善电极的导电性以及给硅膨胀提供机械应力方面有着显著的效果，因此，各种不同的金属材料被用来充当硅的包覆层，例如金属铜、金属铝、金属镁、金属镍、金属钴等等。
此外，金属的氧化物由于其不良的导电性能，作为硅的包覆层后便可形成人工SEI的作用，防止硅与电解液的直接接触，进而减少电解液成分的损失，保持电极结构的稳定，提高硅负极的循环寿命以及库伦效率。比如氧化铝作为一种优良的离子导体，将其作为硅负极的表面包覆层，不仅不会阻碍锂离子的传输，还可以缓解硅负极材料在充放电循环中的龟裂问题，维持负极材料的结构稳定性。
3、高分子聚合物包覆
纳米硅颗粒表面的包覆材料需要有着良好的导电性，这样既可以提供支撑作用也可以改善纳米硅颗粒的导电性能。导电高分子聚合物凭借着不错的化学稳定性、优良的导电性以及结构的多变性常常被用来作为电极材料的包覆层。在硅表面附着坚固且均匀的导电聚合物作为包覆层，以改善硅负极材料结构的稳定性和相关的电化学性能是一项有意义的策略。聚苯胺、聚对苯、聚吡咯以及聚噻吩等高分子聚合物均有用在硅纳米颗粒表面改性的方案中，高分子作为包覆层附着于纳米硅表面，由于高分子的柔性，使得高分子包覆层不仅可以容纳纳米硅体积的膨胀变化，也能防止电解液直接渗透核心的纳米硅中。
4、石墨烯包覆
石墨烯作为一种新型碳材料，凭借着其超大的比表面积、不可多得的导电性以及不错的机械柔性，已经被广泛应用于复合硅纳米材料之中。石墨烯在与纳米硅复合后，因为其特殊的蜂窝状网格的结构，不仅是电子的优秀导体，也可以为锂离子的运输提供快速通道。实验表明，作为优良的二维结构碳材料的石墨烯为在充放电进程中膨胀收缩的纳米硅提供了坚实的骨架支撑以及较强的机械应力，在帮助增强纳米硅颗粒的电子传导和锂离子的输运等方面都有着很大的贡献。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于9月20-21日在青岛举办2022先进负极材料技术与产业高峰论坛，旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，清华大学魏飞教授将作题为《包覆对硅基负极材料的影响》的报告，对硅基负极的包覆改性问题进行详细介绍。
专家简介：
魏飞，清华大学化学工程系教授、博士生导师。长期从事流态化、多相反应工程及碳纳米管结构控制与批量生产技术。致力于多相反应器的新概念及新理论研究、研发用于煤及石油化工、纳米材料、清洁能源化学品、环境等领域的新型过程及设备。国家杰出青年基金（1997）获得者。北京市“绿色反应工程与工艺”重点实验室主任。主持设计30余台多相反应器投入商业运行，如2000吨/年纳米聚团流化床法碳纳米管、60万吨/年流化床甲醇制丙烯、3万吨/年流化床法甲醇制芳烃及10万吨/年流化床法苯胺，15万吨/年下行床催化裂化等，研究成果获国家科技进步二等奖（2002、2008年）、中石化科技进步一等奖（2001、2007年）、教育部自然科学一等奖（2005、2015年）、发明一等奖（2012年）。在《Science》《Nature》等杂志发表论文600余篇，出版专著4部，SCI引用50000余次，H因子97，是2016-2021克莱蒽材料领域高被引学者。
参考来源：
1、朱远超.纳米硅表面的改性以及在锂离子电池负极材料中的应用
2、巫资龙.碳包覆氧化亚硅负极复合材料的制备与性能研究
3、中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/文正）
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