目前，商用石墨负极的比容量已接近其理论最大值372mA·h/g。如果想进一步提高动力电池的能量密度。开发新型高容量正极材料一直是高比能量锂离子电池发展的另一个重要研究方向。
①纳米硅基负极材料
硅是目前理论比容量最高的正极材料。锂在硅中形成LI4 4Si时，硅的比容量高达4200mA·h/g，远高于石墨负极的理论比容量。硅的氧化物SiOx(0 < x < 2)也具有很高的比容量(理论比容量大于2000mA·h/g)。此外，硅基负极材料还具有嵌锂电位低、放电电平表稳定、储量丰富等优点，因此成为最有希望替代石墨负极的材料之一。
设计合适的微纳结构对于硅基负极材料来说非常重要。
② 硅基材料纳米化
硅基颗粒的大小直接影响其在锂电过程中是否粉化。硅基负极材料在纳米维度上可以更快地释放应力。在周围介质的约束下，与大尺寸硅负极相比，不易产生裂纹，有效提高了硅基材料的倍率能量和比容量。
制备纳米硅基颗粒材料的常用方法有机械球磨、砂磨、化学气相沉积（CVD）和熔盐电解等。
③ 纳米硅碳复合材料
由于纳米硅容易团聚，嵌锂后体积变化较大，嵌锂后局部电子电导率和离子电导率发生较大变化，很难在硅表面形成稳定的SEI膜。纳米硅碳复合材料的开发是推动硅负极应用的关键。
④纳米硅基负极材料
目前纳米硅碳复合负极材料已经开始商业化，部分企业已经实现产能相对较低的纳米硅碳负极材料的量产。
中国宣称能够量产纳米硅基负极的企业有：贝特瑞、天目领航、正拓能源、深圳雪花、杉杉股份、江西紫辰等；
国际上能够量产硅基负极的企业主要集中在日本和韩国，其代表企业有日立化学、三菱化学、昭和电机、神越、吴宇化学、韩国GS公司等。
金属锂因其理论容量为3860mA·h/g和最低的还原电位（相对于标准氢电极为-3.040v）而被视为锂电池的终极材料。然而，锂金属负极在带来高能量密度的同时，其缺点也非常明显：
锂的高反应活性和充放电过程中不均匀的沉积和剥离过程导致循环过程中严重的粉化和锂枝晶生长，导致电池性能迅速下降。而且，锂枝晶的生长会刺穿隔膜，造成电池短路，造成严重的安全事故。
⑥ 构建三维载体结构
At present, most of the current collectors are copper foil collectors, which is because copper has excellent conductivity, good mechanical properties and low price. However, these collectors are usually two-dimensional structure, which is difficult to solve the problems faced by metal lithium anode; It is an effective method to modify the collector to improve the uniformity of lithium metal deposition. Relevant studies show that the design of three-dimensional skeleton is expected to control the volume expansion in the process of metal lithium deposition, adjust the deposition behavior of metal lithium and inhibit the growth of lithium dendrites.
⑦ Design of artificial protective layer on surface
金属锂与电解液反应生成的SEI膜是影响金属锂负极性能的关键因素。金属锂负极具有相当高的反应活性，与电解液接触时很难生成均匀致密的SEI膜。通过在金属锂表面设计人工保护层，可以避免金属锂与电解液的直接接触，避免活性锂被连续副反应消耗，设计出机械性能更好、离子电导率高的SEI膜可以显着提高电池的性能。
目前，规模化商业化的正极材料主要是石墨碳材料和钛酸锂（LTO）。随着电池能量密度的逐步提高，传统的正极材料已难以满足下一代锂离子电池对高比能正极的需求。在硅基负极的发展方向上，研究人员通过纳米硅碳复合材料控制纳米硅的团聚，抑制副反应，从而在一定程度上抑制硅基负极的膨胀，提高其循环性，使有一定的应用场景。
The technical route of high nickel ternary with nano silicon carbon anode has been widely recognized; With the gradual maturity of the preparation process of nano silicon carbon anode, nano silicon carbon anode with large room for improvement in specific energy is expected to be widely used.
Compared with nano silicon carbon negative electrode, composite metal lithium negative electrode has higher specific capacity and relatively easy control of volume expansion. Therefore, composite metal lithium negative electrode material is an ideal choice for lithium ion battery high energy density with energy density above 400W·h/kg.
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日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-22 11:46:43 整理发布。
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