锂离子电池硅氧化物负极材料的研究进展（干货）

随着燃料化石能源危机和全球温室效应问题的加剧，发展新能源成为迫在眉睫的任务。新能源的发展必须依靠先进的储能技术，其中锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和高平均输出电压等优点已成为关注焦点。尤其在现今，消费电子类产品更新换代的加快、动力汽车产业的蓬勃发展、智能电网的迅速推广以及其它技术领域需求扩大等更加促进了锂离子电池产业的迅速发展。

负极作为其关键构成成分之一，直接决定了锂离子电池的性能，目前市场上主要采用石墨类负极材料。然而，石墨类负极的两个致命缺陷：低能量密度(理论比容量 372mAh·g–1)和安全隐患(“析锂”现象)令其无法适用于动力电池。因此，寻找一种新型高容量、安全性好和长循环的材料来替换石墨类负极材料成为动力锂离子电池进一步发展的关键。

硅因其超高比容量(理论值4200mAh·g–1)、低嵌锂电位(300%)，使活性材料粉化、电极内电接触失效以及新固相电解质层SEI重复生成，最终导致循环性能迅速衰退。为改善硅负极循环稳定性，研究者们做了各种改性。

近年来，一种已经产业化的工业原料硅氧化物(SiOx，0

本文从SiOx的结构与电 化学储锂机制方面出发，介绍了SiOx的结构与电化学性能的关系，阐明了SiOx存在的主要挑战问题，并归纳了近期研究者们对硅氧化物负极的主要改进思路，最后对 SiOx负极材料未来发展方向进行了展望。

1 SiOx结构

SiOx材料早在几十年前就已被人们所认知并在许多功能性应用中实现商业化，如利用其半导体属性而广泛运用于各种光电子器件，之后才被运用于锂离子电池负极材料。因为SiOx为一种无定形结构，且在SiOx中Si的化合价态存在多样性(Si0、Si2+、 Si4+等)，一些常规测试技术手段如X射线衍射 (XRD)，X射线光电子谱(XPS)和X射线Raman 衍射等分辨率有限，仅能提供无定型SiOx的平均结构信息，因此，对于SiOx微观结构的确定长期以来一直是个难题。随着科技的不断进步，对SiOx的结构认识也在不断深入。

最早，出现有两种经典的结构模型：随机键合模型(Random-bonding，RB模型)和随机混合模型(Random-mixture，RM模型)。其中RB模型指出SiOx的结构为一种由Si—Si键与Si—O键形成的连续随机分布并贯穿整个网络的单相结构；而RM模型则认为SiOx的结构是一种由超小范畴（＜1nm）的Si和的SiO2混合物组成的双相结构。