當(dāng)Si與Li形成Li4Si結(jié)構(gòu)時(shí)，理論比容量可以達(dá)到4200mAh/g，是最有望成為未來的負(fù)極材料之一。但是，其在擁有高比容量的同時(shí)，伴隨著較大的體積膨脹，高達(dá)300%，成為了阻攔Si負(fù)極在應(yīng)用路上最大的阻力。那么，鋰電池硅負(fù)極失效機(jī)理是什么？
硅負(fù)極材料的失效主要是由于蓄電池在工作時(shí)嵌鋰和脫鋰過程產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致體積發(fā)生變形Si顆粒產(chǎn)生裂紋和破裂。為了緩解硅負(fù)極體積膨脹的問題，人們開發(fā)了SiOx材料，相對于純Si材料，其體積效應(yīng)明顯得到緩解。為了再次升高氧化硅材料的性能，研究者們將SiOx與C進(jìn)行復(fù)合，此材料也是目前實(shí)際應(yīng)用較廣的一種負(fù)極，但其仍存在失效問題，這與Li+嵌入速度、電解液種類和負(fù)極微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
SiO是Si和Si的多種氧化物復(fù)合成的。在生產(chǎn)中，SiO是利用Si和SiO2在真空中高溫反應(yīng)而成，其在1000-1400℃下會發(fā)生歧化反應(yīng)，生成Si和Si2O3，通過STEM觀察發(fā)現(xiàn)無定形SiOx中分布著一些無定形納米Si。另外，由于高溫作用，該復(fù)合材料還存在一些結(jié)晶Si，所以說Si的形態(tài)也比較多種。研究表明，Li嵌入到SiOx中，會形成多種化合物，例如Li2O，Li2Si2O5，Li2SiO3等，而且這一過程是不可逆的，這些鋰硅化合物會成為Si負(fù)極體積膨脹的緩沖帶，減小離子應(yīng)力對負(fù)極結(jié)構(gòu)的破壞，不過這種緩沖作用是有限的，不能完全保證SiOx材料的循環(huán)性能。
對此，研究者將Si/SiOx顆粒與石墨進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)而能保證Li+與Si負(fù)極充分反應(yīng)，同時(shí)也有助于脫鋰過程，但是隨著充放電的進(jìn)行，由于Si/SiOx體積反復(fù)膨脹變化，SEI膜逐漸變厚，使得體相和表面之間逐漸分離，使得Si材料與石墨顆粒之間接觸不良，尤其是在脫鋰時(shí)顆粒體積收縮，使得嵌入其中的Li+無法脫出，降低材料的庫倫效率。
SiOx/C復(fù)合材料是目前性能較為優(yōu)良的一種負(fù)極材料，有著較好的循環(huán)性能，隨著科技的不斷升級，相信其缺點(diǎn)在今后能得到較大彌補(bǔ)。
