东方时讯网硅是最有前途的高能锂离子电池负极材料之一。然而，硅基负极尚未得到广泛应用，因为硅在锂离子电池中的商业应用之前必须解决一系列挑战。
华中科技大学的一个研究团队发表了一篇综述性的观点论文，总结了挑战，概述了工程化硅基负极的当前策略，并展望了这种有前途的负极材料的未来前景。
他们的评论观点发表在《纳米研究能源》杂志上。
“在这篇综述中，我们旨在通过从工业化的角度总结商业硅微粒制备硅基电极的发展，如原材料、制备工艺、产量和环境友好性，”华中科技大学材料科学与工程学院教授胡贤洛说。
虽然硅作为下一代锂离子电池的阳极候选物具有强大的潜力，但仍有一些挑战需要克服。首先，该团队指出，使电极结构稳定和长期循环的纳米技术无法满足工业应用的要求。这是因为其振实密度低，副反应显着，体积容量小，生产工艺复杂，收率低。
其次，该团队指出，尽管微型硅基阳极的设计显着提高了电极的整体性能，但生产过程仍然涉及复杂的制造步骤。这些复杂的步骤导致更高的能源消耗、环境污染和低产量。
此外，该团队注意到，许多微型硅材料仍然使用纳米粒子作为原料。这些纳米粒子不适用于大规模生产。因此科学家们不断寻求简单且环保的方法来实现低成本制造硅基材料在锂离子电池中的应用。
在考虑硅基负极未来商业化的前景时，他们指出，在使用上述低品位硅基材料作为硅源时，保持电极结构完整性以确保稳定的循环性能至关重要。虽然多孔硅微粒和杂化复合材料的组合已得到广泛研究，但与设计的微型硅的失效机制分析相关的研究还不够多。
该团队指出，将电池电极内的活性材料颗粒粘合在一起的粘合剂材料在保持结构完整性方面起着至关重要的作用。他们建议开发具有自我修复和导电性能的多功能聚合物粘合剂将有助于提高电极的机械强度并构建扩展的导电网络。凭借其高度的结构优势，天然衍生的聚合物应该在这个角色上取得更大的成功。
“硅作为高能量密度锂离子电池的负极材料具有巨大的潜力。从简单、可扩展、安全和可持续的技术角度构建高度稳定的硅微粒电极具有挑战性和意义，”胡说。
展望未来，该团队指出，设计的微型硅的失效机制分析仍然缺乏基于多尺度和多物理场的分析。科学家需要开发原位分析技术来阐明设计策略与电极性能之间的关系。
例如，孔隙分布对应力分散的影响、活性粒子结构的演变，以及表面化学和电场分布对碳改性的依赖性，都需要深入了解。他们提出，发展简单、绿色、高效、可控、节能的合成技术是满足工业生产要求的关键。
“我们希望通过电极材料设计、电解液优化和粘结剂创新，以简单且环保的方式实现低成本硅基材料在全电池中的应用，”胡说。