昆明理工大学《ChemPlusChem》:综述!不同工艺制备硅碳复合材料,用于锂离子电池负极

系统梳理了干法球磨、喷雾干燥、高温热解与化学气相沉积(CVD)等主流 Si/C 复合材料制备工艺。该综述以硅(理论比容量高达 4200 mAh g⁻¹,约为石墨的 10 倍)与碳基体复合,缓解硅在嵌/脱锂过程中近 300% 体积膨胀所导致的颗粒粉化与导电网络失效问题。

昆明理工大学《ChemPlusChem》:综述!不同工艺制备硅碳复合材料,用于锂离子电池负极

锂离子电池凭借高能量密度、循环稳定等优点,已广泛应用于消费电子与新能源汽车。然而,商用石墨负极的理论比容量偏低,难以满足高能量密度储能的迫切需求。因此,开发高容量的下一代负极替代材料具有重要意义。基于此,本文,昆明理工大学 Dong Fang等作者在《ChemPlusChem》发表名为”A Review of Si/C Composite Materials Prepared by Different Processes for Lithium-Ion Battery Applications”的综述论文,系统梳理了干法球磨、喷雾干燥、高温热解与化学气相沉积(CVD)等主流 Si/C 复合材料制备工艺。该综述以硅(理论比容量高达 4200 mAh g⁻¹,约为石墨的 10 倍)与碳基体复合,缓解硅在嵌/脱锂过程中近 300% 体积膨胀所导致的颗粒粉化与导电网络失效问题。

此外,综述分析了各工艺调控材料微观结构与 Si/C 界面键合的作用机制,并指出碳基体既可涵盖石墨、沥青等传统碳前驱体,也包括石墨烯、MXene、MOF 衍生碳等新型碳材料。经系统对比,球磨法操作简便、成本低,但 Si/C 界面结合强度低、长循环易相分离;喷雾干燥可实现 Si/C 均匀分散并形成球形颗粒、有效提升材料振实密度,但所得前驱体石墨化程度低、电化学稳定性差;高温热解与 CVD 气相沉积可构筑多孔、核壳碳包覆结构以抑制硅的体积膨胀,但能耗高、单批产量有限、难以规模化量产。同时,该综述还总结了通过工艺优化提升电极电化学性能的有效策略。

本综述系统梳理了不同工艺制备 Si/C 复合材料的研究进展、机制与优劣,并为面向锂离子电池的高容量硅碳负极的工艺选择与界面调控提供了新的参考与思路。

文献:https://doi.org/10.1002/cplu.70236

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