Page 11 - 《精细化工》2022年第11期

第 39 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.39, No.11
2022 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2022

综论
锂离子电池硅负极表面改性的研究进展

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王 帅，唐 梦，曹 虎，吴沁宇，蔡振飞，马扬洲 ，宋广生
（安徽工业大学 材料科学与工程学院，安徽 马鞍山 243032）

摘要：硅由于具有高的理论比容量、低的脱/嵌锂电位、丰富的储量等优势已成为当前高能量密度锂离子电池重
要开发的高性能负极材料，但硅负极较大的体积膨胀效应和较低的电导率等问题限制了硅负极在商业中的进一
步应用。针对硅负极材料发展所面临的问题，该文着重从硅的表面改性包括表面包覆、表面功能化、人造固相
电解质界面膜等技术展开综述，分析了这些改性策略及电化学性能改进机理，并对硅表面改性技术未来发展进
行了展望，旨在开发出高能量密度动力锂电池用关键硅负极材料。
关键词：锂离子电池；硅负极；包覆；表面改性；固相电解质界面
中图分类号：TM912；TQ43 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 11-2161-11

Research progress on surface modification of
silicon anode for lithium-ion batteries

WANG Shuai, TANG Meng, CAO Hu, WU Qinyu, CAI Zhenfei,
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MA Yangzhou , SONG Guangsheng
（School of Materials Science and Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243032, Anhui, China）
Abstract: Silicon has become an important anode material for high energy density lithium-ion batteries due
to its higher theoretical specific capacity, low intercalation potential and abundant reserves. However,
further industrial applications of silicon are restricted by disadvantages of large volume expansion effect
and low electrical conductivity. In view of the existing problems, surface modifications of silicon anode
materials, including surface coating, surface functionalization and artificial solid electrolyte interface were
summarized and discussed with modification strategies and improvement mechanism of electrochemical
properties. Finally, future development directions of silicon surface modification technology was prospected
aiming at exploration of high performance silicon anode materials for lithium-ion batteries.
Key words: lithium-ion battery; silicon anodes; coating; surface modification; solid electrolyte interface

随着 3C 产品以及新能源汽车的快速发展，长 积膨胀、导电性较差，以及较低的初始库仑效率
[1]
寿命、高容量密度的锂离子电池受到研究者及企业 （ICE）等问题 ，阻碍了其商业化的广泛应用。
的广泛关注。获得高能量密度电池的最有效途径之 针对上述问题，研究者主要通过硅材料的改性、
一是开发具有低成本、高容量的正负极材料。目前， 工艺方案优化，以及电池辅材（导电剂、黏结剂、
[2]
与传统碳材料类负极相比，硅（Si）以其优越的理 电解液）改性等策略来努力解决 。硅材料的改性
论比容量（约 4200 mA·h/g，石墨 372 mA·h/g）、较 前期在尺寸效应方面做了大量工作，研究发现，当
低的脱嵌锂电位（约 0.5 V），以及极高的储量（地 Si 颗粒尺寸降到 150 nm 以下，Si 首次嵌/脱锂过程
壳中储量排第二）等优势被认为是最有前景的下一 中体积膨胀效应可得到一定改善；当颗粒尺寸超过
代商用负极材料。然而，Si 负极材料具有较大的体 150 nm 后，硅的体积膨胀仍会致使活性材料破碎、

收稿日期：2022-04-03; 定用日期：2022-05-18; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220311
基金项目：高端外国专家引进项目（G20190219004）；安徽省自然科学基金项目（908085ME151）；安徽省高端人才项目（DT18100044）；
浙江省企业产学研合作项目横向基金资助项目（RD18200058，2019H3-7，2020H3-8）
作者简介：王 帅（1995—），男，博士生，E-mail：1600450252@qq.com。联系人：马扬洲（1987—），男，博士，讲师，E-mail：
yangzhou.ma@outlook.com；宋广生（1963—），男，博士，教授，E-mail：song_ahut@163.com。