石墨類(lèi)負(fù)極的理論比容量只有372mAh/g，已經(jīng)不能適應(yīng)如今鋰離子電池對(duì)高比能的要求，面對(duì)這一局限，眾多新材料陸續(xù)出現(xiàn)，其中硅負(fù)極材料是最有希望的負(fù)極材料之一。當(dāng)Si與Li形成Li4.4Si結(jié)構(gòu)時(shí)，理論比容量可以達(dá)到4200mAh/g，當(dāng)然如此高的容量自然是要付出代價(jià)的，充電狀態(tài)的Si負(fù)極體積膨脹可以達(dá)到300%，這成為了阻攔在Si負(fù)極應(yīng)用路上最大的障礙。為了克服這一困難人們也做了很多努力，Si納米顆粒，石墨復(fù)合，薄膜電極，SiOx材料等，這些材料在體積膨脹方面都得到了一定的改善，特別是SiOx材料，是距離成功最近的負(fù)極材料━體積膨脹有了明顯的改善。但是這些材料相比于石墨材料，還是存在循環(huán)壽命不足的問(wèn)題，下面我們就一起探討一下Si負(fù)極的失效機(jī)理。

硅負(fù)極的失效很大程度上是由于在硅嵌鋰和脫鋰的過(guò)程中巨大的體積膨脹造成Si顆粒產(chǎn)生裂紋和破裂造成的。為了降低硅負(fù)極的體積膨脹，人們開(kāi)發(fā)了SiOx材料，相比于純Si材料，其體積膨脹明顯降低，其與C復(fù)合材料是一種性能較好的硅負(fù)極材料，也是目前實(shí)際應(yīng)用較多的一種硅材料，但是該材料在實(shí)際使用中仍然存在硅負(fù)極失效的問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)失效與Li+嵌入速度和電解液種類(lèi)，更為關(guān)鍵的是與Si負(fù)極的微觀結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。

實(shí)際是我們所說(shuō)的SiO并不是純的SiO而是Si和Si的多種氧化物的復(fù)合物。生產(chǎn)中SiO是利用Si和SiO2在真空中高溫反應(yīng)而成，但是SiO在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，在1000-1400℃下會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，生成Si和Si2O3，STEM觀察也發(fā)現(xiàn)無(wú)定形SiOx中非均勻的分布著一些無(wú)定形納米Si。此外由于高溫的作用，在SiOx中還存在著一些結(jié)晶Si，因此我們實(shí)際使用的Si具有多種Si的形態(tài)。理論研究發(fā)現(xiàn)，SiOx嵌鋰動(dòng)力學(xué)特征與Si材料并不相同，Li嵌入到SiOx中，會(huì)形成多種化合物，例如Li2O，Li2Si2O5，Li2SiO3，Li4SiO4等，而且這一過(guò)程是不可逆的，這些鋰硅化合物會(huì)成為Si負(fù)極體積膨脹的緩沖帶，抑制硅負(fù)極的體積膨脹，但是這種緩沖作用是有限的，不能完全保證SiOx材料的循環(huán)性能。