硅材料因儲量豐富，而當Si與Li形成Li4.4Si結(jié)構(gòu)時，理論比容量可以達到4200mAh/g，比目前再鋰電池中廣泛使用的石墨能吸收近十倍的鋰離子，因此被認為具有制造大容量電池的前景。當然如此高的容量還沒能實際應(yīng)用在電池上有其缺陷，充電狀態(tài)的Si負極體積膨脹可以達到原體積的3倍，硅顆粒在吸收和釋放鋰離子時會膨脹和收縮，在多次充放電循環(huán)后容易破裂，這成為了阻攔在Si負極應(yīng)用路上最大的障礙。

據(jù)了解，目前硅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，主要涉及兩方面，一是在負極材料中加入納米硅，形成硅碳負極；二是在電解液中加入有機硅化合物，改善電解液的性質(zhì)，目前常見在科技雜志上的主要是集中在硅負極材料。

加拿大阿爾伯塔大學化學家布里亞克(JillianBuriak)團隊發(fā)現(xiàn)將硅塑造成納米級的顆粒有助于防止它破裂。研究測試了四種不同尺寸的硅納米顆粒，確定多大的尺寸才能最大限度地發(fā)揮硅的優(yōu)點，同時最大限度地減少其缺點。它們均勻分布在由具有納米孔徑的碳制成的高導電性石墨烯氣凝膠中，以彌補硅的低導電性。

納米硅，指的是直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬無定形材料。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低等特點，且無毒、無味。納米硅的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：除了可用于制造耐高溫涂層和耐火材料，與金剛石高壓下混合形成碳化硅-金剛石復合材料，用做切削刀具外，還可以與石墨材料組成硅碳復合材料，作為鋰離子電池的負極材料，大幅提高鋰離子電池的容量;可與有機物反應(yīng)，作為有機硅高分子材料的原料。

該團隊研究測試了四種不同尺寸的硅納米顆粒，確定多大的尺寸才能最大限度地發(fā)揮硅的優(yōu)點，同時最大限度地減少其缺點。它們均勻分布在由具有納米孔徑的碳制成的高導電性石墨烯氣凝膠中，以彌補硅的低導電性。

他們發(fā)現(xiàn)，最小的顆粒(直徑僅為30億分之一米)在多次充放電循環(huán)后表現(xiàn)出最佳的長期穩(wěn)定性。這克服了在鋰離子電池中使用硅的限制。這一發(fā)現(xiàn)可能導致新一代電池的容量是目前鋰離子電池的10倍，朝著制造新一代硅基鋰離子電池邁出了關(guān)鍵的一步。

這項研究有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在電動汽車領(lǐng)域，可以使其行駛里程更遠，充電速度更快，電池重量更輕。下一步是開發(fā)一種更快、更便宜的方法來制造硅納米顆粒，使其更容易運用在工業(yè)生產(chǎn)上。此項研究成果發(fā)表在《材料化學》雜志上。