元素百科介绍纳米硅基负极材料研究的进展。与传统的石墨负极材料(372mAh//g），硅负极材料具有很高的理论比容量(3580mah/h)g），锂离子电池负极材料是未来高能密度动力锂离子电池的首选。然而，硅负极材料在充放电循环过程中的体积变化（超过3倍），导致硅颗粒粉化，导致SEI膜反复再生库伦效率低，电接触差极化增加，导致硅负极材料的实际循环寿命和倍率性能差。
自2011年硅基负极材料研发以来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室取得了一系列进展。一种三维多孔纳米硅/石墨烯复合负极材料于2012年报道。最近报道了一种新型二维纳米硅/二氧化硅复合负极材料(2D nano-Si/SiO2)。该工作利用层状结构Casi2的拓扑转换，在酸性溶液中化学剥离Ca原子，留下单原子层褶皱硅烯。由于Si原子只有SP3杂化，硅烯极不稳定，在水溶液中氧化获得亚稳态二维硅氧烯，二维硅氧烯在适当的热处理条件下脱水歧化获得二维纳米硅/二氧化硅复合负极材料(2D nano-Si/SiO2)，纳米硅均匀分散在无定型硅氧化物中。二维结构可有效降低锂离子迁移距离，纳米硅和硅氧化物可有效降低体积膨胀率，因此采用该方法制备的2D nano-Si/SiO2@C表现出优异的循环稳定性和倍率性能。电化学性能测试表明，在0.15A/g条件下，首次放电容量大于950mah/hg，在7.5A在/g的大电流密度下，放电容量达到360mah/hg，与文献报道的硅或硅氧化物材料相比，倍率性能具有显著优势；1.5、3.0和7.5A在/g的大电流密度下，循环300周的容量保持率分别为73%、73%和92%。该新型2D nano-Si/SiO2@C负极材料有望应用于长续航电动汽车。该新型2D nano-Si/SiO2@C负极材料有望应用于长续航电动汽车。
研究工作由国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目、中国科学院试点项目和宁波石墨烯应用技术研发项目资助。
