硅基负极材料因其高理论比容量(约4200mAh/g,远高于石墨的372mAh/g)而备受瞩目,但其实际应用却受限于严重的体积膨胀和较低的循环稳定性。表面改性策略作为一种有效提升硅基负极性能的方法,近年来受到了广泛关注。
表面涂层是改善硅基负极性能的一种常见方法。通过在硅颗粒表面涂覆一层薄而坚韧的碳层或其他缓冲材料(如金属氧化物、聚合物等),可以有效缓解硅在锂化/去锂化过程中的体积变化,同时提高材料的导电性。碳涂层因其良好的导电性和稳定性成为首选,而石墨烯、碳纳米管等先进碳材料的引入更是进一步提升了硅基负极的循环稳定性和倍率性能。
通过结构设计,如构建多孔结构、纳米线、纳米颗粒或核壳结构,可以进一步优化硅基负极的性能。多孔结构能够提供更多空间容纳硅的体积膨胀,同时缩短锂离子的扩散路径;纳米线和纳米颗粒则能有效减小绝对体积变化,提高材料的机械稳定性;核壳结构则能在保护硅核的同时,利用外壳材料提高整体导电性和循环稳定性。
合金化与复合化是另一种提升硅基负极性能的策略。通过与其他金属元素合金化,可以形成具有较低体积膨胀系数的合金相,从而改善循环稳定性。而复合化则是将硅与石墨、碳材料或其他活性物质混合,形成复合材料,既能发挥硅的高容量优势,又能利用复合材料的稳定性提高整体性能。