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)。

(一)納米硅：鋰電負極材料的重要成員

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：

①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;

②用于制造耐高溫涂層和耐火材料;

③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;

④可與有機物反應(yīng)，作為有機硅高分子材料的原料;

⑤金屬硅通過提純制取多晶硅;

⑥半導體微電子封裝材料;

⑦金屬表面處理。

有機硅：鋰電電解液的功能添加劑

有機硅，是一類人工合成的，結(jié)構(gòu)上以硅原子和氧原子為主鏈的一種高分子聚合物。由于構(gòu)成主鏈的硅-氧結(jié)構(gòu)具有較強的化學鍵結(jié)，因此有機硅高聚物的分子比一般有機高聚物對熱、氧穩(wěn)定得多。有機硅獨特的結(jié)構(gòu)，使其兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于特種航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。

盡管有機硅在室溫下的力學性能與其它材料差異不大，但其在高溫及低溫下的物理、力學性能表現(xiàn)卓越，溫度在-60到+250℃多次交變而其性能不受影響，故有機硅高聚物可在這個溫度區(qū)域內(nèi)長期使用，有些有機硅高聚物甚至能在低至-100℃下正常使用。

硅負極材料的缺點：

硅負極材料的缺點也相當明顯，主要有兩大缺點：

①硅在鋰離子嵌入脫嵌過程中，會引起Si體積膨脹100%~300%，在材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，對材料結(jié)構(gòu)造成破壞，電極材料在銅箔上脫落，同時硅表面的SEI膜不斷重復形成-破裂-形成，共同降低了電極的導電性和循環(huán)穩(wěn)定性;

②硅為半導體，導電性比石墨差很多，導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，進一步降低了其首次庫倫效率。因而，必須解決硅在充放電過程中產(chǎn)生的體積膨脹和首次充放電效率低的問題。