石墨類負(fù)極的理論比容量只有372mAh/g，已經(jīng)不能適應(yīng)如今鋰離子電池對高比能的要求，面對這一局限，眾多新材料陸續(xù)出現(xiàn)，其中硅負(fù)極材料是最有希望的負(fù)極材料之一。當(dāng)Si與Li形成Li4.4Si結(jié)構(gòu)時(shí)，理論比容量可以達(dá)到4200mAh/g，當(dāng)然如此高的容量自然是要付出代價(jià)的，充電狀態(tài)的Si負(fù)極體積膨脹可以達(dá)到300%，這成為了阻攔在Si負(fù)極應(yīng)用路上最大的障礙。為了克服這一困難人們也做了很多努力，Si納米顆粒，石墨復(fù)合，薄膜電極，SiOx材料等，這些材料在體積膨脹方面都得到了一定的改善，特別是SiOx材料，是距離成功最近的負(fù)極材料━體積膨脹有了明顯的改善。但是這些材料相比于石墨材料，還是存在循環(huán)壽命不足的問題，下面我們就一起探討一下Si負(fù)極的失效機(jī)理。

硅負(fù)極的失效很大程度上是由于在硅嵌鋰和脫鋰的過程中巨大的體積膨脹造成Si顆粒產(chǎn)生裂紋和破裂造成的。為了降低硅負(fù)極的體積膨脹，人們開發(fā)了SiOx材料，相比于純Si材料，其體積膨脹明顯降低，其與C復(fù)合材料是一種性能較好的硅負(fù)極材料，也是目前實(shí)際應(yīng)用較多的一種硅材料，但是該材料在實(shí)際使用中仍然存在硅負(fù)極失效的問題，研究發(fā)現(xiàn)失效與Li+嵌入速度和電解液種類，更為關(guān)鍵的是與Si負(fù)極的微觀結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。

實(shí)際是我們所說的SiO并不是純的SiO而是Si和Si的多種氧化物的復(fù)合物。生產(chǎn)中SiO是利用Si和SiO2在真空中高溫反應(yīng)而成，但是SiO在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，在1000-1400℃下會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，生成Si和Si2O3，STEM觀察也發(fā)現(xiàn)無定形SiOx中非均勻的分布著一些無定形納米Si。此外由于高溫的作用，在SiOx中還存在著一些結(jié)晶Si，因此我們實(shí)際使用的Si具有多種Si的形態(tài)。理論研究發(fā)現(xiàn)，SiOx嵌鋰動(dòng)力學(xué)特征與Si材料并不相同，Li嵌入到SiOx中，會(huì)形成多種化合物，例如Li2O，Li2Si2O5，Li2SiO3，Li4SiO4等，而且這一過程是不可逆的，這些鋰硅化合物會(huì)成為Si負(fù)極體積膨脹的緩沖帶，抑制硅負(fù)極的體積膨脹，但是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。