為了不斷提升新能源汽車的續(xù)航里程,近年來對鋰離子電池的能量密度要求越來越高.到2020年，我國對鋰離子電池電芯能量密度的期望值將達到350Wh/kg.由于現(xiàn)有的商用負極材料石墨難以滿足上述要求，因此,開發(fā)新型高容量負極材料成為研究熱點.硅的理論嵌鋰容量高達4200 mAh/g,且具有脫鋰電位低資源豐富、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)勢,成為綜合性能最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦拓摌O材料。

硅材料雖然儲鋰容量較大,但鋰離子在嵌人硅過程中會引起體積膨脹(300%),易造成材料結構的崩塌和活性物質的脫落,使循環(huán)穩(wěn)定性大大下降.同時,這種體積效應也使電極表面難以形成穩(wěn)定的固體電解質界面膜(SEI膜),導致不斷有硅裸露到電解液中.針對硅負極材料循環(huán)穩(wěn)定性的問題,近年來,研究人員將硅進行納米化處理，即硅單質材料體系的改性.通過制備各種納米硅材料來緩解硅嵌鋰產生的體積膨脹.研究表明,當硅顆粒尺寸小于單個硅納米顆粒嵌鋰過程中的破碎臨界值,納米硅顆粒在參與電化學反應過程所產生的應力能不足以使得電極表面生成裂紋，從而避免顆粒的破碎粉化.但是,納米硅的高活性表面則會使電極發(fā)生較多的副反應,造成較高的不可逆容量損失.因此,除了硅納米化改性技術外，還應通過硅與碳材料的二元或多元復合來制備復合材料，即建立硅復合材料體系。

基本原理是利用第二相的機械性能和導電性來抑制硅的體積效應和增強硅的導電性，減少電極副反應的發(fā)生,并防止嵌脫鋰過程中納米顆粒的團聚.李純莉[13]先采用酸浸蝕方法從鋁硅合金得到納米硅,然后將納米硅與石墨烯使用鳳谷回轉窯進行復合制得石墨烯/多孔硅復合負極材料.復合結構中的石墨烯片或均勻分散在多孔納米硅顆粒間,或包裹著小尺寸的納米硅顆粒,有效改善了納米硅的導電性和減緩多孔硅結構的衰變.用復合材料制成的電極在循環(huán)120周后，其放電比容量仍可達1843 mAh/g.Julien[14]利用激光化學沉積熱解法(LCVP)制備出包覆1 nm厚度碳層的納米非晶硅復合材料，經(jīng)充放電循環(huán)后,極片厚度從循環(huán)前的12.6 μm到嵌脫鋰300周后的14.9 μm,,體積膨脹率僅18%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能,所設計的核殼結構保持了材料結構和電極的穩(wěn)定性.Zhuangf15]以納米氧化鎂為造孔劑,將納米硅嵌人多孔碳中,制備的復合材料在循環(huán)40周后仍有1172 mAh/g的可逆容量，主要歸功于多孔碳支架為納米硅提供充足的空間以緩沖硅的體積變化.綜上所述,采用硅納米化和復合化相結合的方法制備電化學性能優(yōu)異的硅碳復合材料是切實可行的。

本文以納米硅粉和瀝青為原料,通過噴霧干燥熱解法在納米硅顆粒表面包覆-~層無定形碳層制得Si@C復合物,將Si@C復合物和人造石墨顆?；旌峡芍频糜糜阡囯x子動力電池的Si@C/G復合負極材料.通過噴霧干燥熱解的方法制備核殼型Si@C復合物,將Si@C復合物和石墨混合制得Si@C/G復合材料,可作為鋰離子動力電池的負極材料.當Si@C/G復合材料中Si@C復合物和石墨的質量比為15:85時，在100mA/g的恒電流下，首次放電比容量為695.4 mAh/g,首次庫侖效率為86. 1%.循環(huán)80周后容量仍有596. 6 mAh/g,容量保持率達到85.8%。