本书是著者及其团队20年来在锂离子电池硅基负极材料及其电池体系方面的研究工作总结，系统介绍锂离子电池硅负极材料及其电池体系近年来发展的新理论、新概念和新方法。主要内容包括硅基负极材料的发展现状、制备方法与硅碳复合技术、硅负极容量衰退机理、硅负极电解液与人工界面技术、硅负极粘结剂技术、硅负极预锂化技术和硅基全电池设计等。本书从硅材料的结构、设计、形貌、状态和空间限域等多方面阐述高性能硅基负极材料的基本特征，进一步从电解液、粘结剂、人工界面和预锂化等多方面论述硅负极优化方向和技术路线，阐明高性能硅基全电池的制备工艺等。
样章试读
目录
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序言
前言
第1章 绪论 1
1.1 锂离子电池的发展现状 1
1.2 锂离子电池关键材料 2
1.2.1 锂离子电池正极材料 3
1.2.2 锂离子电池负极材料 5
1.2.3 锂离子电池隔膜材料 5
1.2.4 锂离子电池电解质材料 7
1.2.5 基于不同关键材料的锂离子电池 9
1.3 锂离子电池负极材料的分类介绍 9
1.3.1 锂离子电池负极材料的分类 10
1.3.2 不同锂离子电池负极材料的工作机制 11
1.3.3 锂离子电池负极材料的未来发展 16
1.4 硅负极材料 17
1.4.1 硅材料的微观结构 17
1.4.2 硅材料用于锂离子电池的发展历程 19
1.4.3 硅负极的储锂机制 22
1.4.4 硅负极存在的问题 25
1.4.5 硅负极材料的优化 28
1.5 氧化亚硅（SiOx）负极材料 29
1.5.1 SiOx的结构 29
1.5.2 SiOx的储锂机制 30
1.5.3 SiOx负极材料的优势和存在的问题 33
1.5.4 SiOx材料的优化 34
1.6 不同硅负极材料技术路线的比较 35
1.7 本书的主要内容 36
参考文献 37
第2章 硅负极材料与制备方法 41
2.1 硅材料概述 41
2.2 硅负极材料的分类 41
2.2.1 零维硅负极材料 42
2.2.2 一维硅负极材料 43
2.2.3 二维硅负极材料 44
2.2.4 三维硅负极材料 45
2.2.5 微米硅负极材料 46
2.3 硅源材料 46
2.3.1 矿物硅源 47
2.3.2 工业硅废料 48
2.3.3 气体硅源 48
2.3.4 生物质硅源 50
2.4 硅材料常用制备方法 51
2.4.1 热还原法 51
2.4.2 熔盐电解法 52
2.4.3 气相沉积法 52
2.4.4 冶金法 53
2.4.5 氯化物还原法 53
2.5 硅负极材料的制备方法 54
2.5.1 机械研磨法 54
2.5.2 化学气相沉积法 62
2.5.3 物理气相沉积（PVD）法 71
2.5.4 硅废料的回收与再利用 73
2.5.5 金属热还原法 78
2.5.6 硅负极材料的其他制备方法 79
2.6 硅负极材料的发展方向 82
2.6.1 纳米化 82
2.6.2 非晶化 83
2.6.3 导电化 84
2.6.4 空间限域化 84
2.7 本章小结 85
参考文献 85
第3章 氧化亚硅负极材料与制备方法 91
3.1 氧化亚硅概述 91
3.2 氧化亚硅材料分类 91
3.3 SiOx性能的影响因素 94
3.3.1 氧含量对SiOx性能的影响 94
3.3.2 歧化对SiOx性能的影响 95
3.3.3 微观结构对SiOx性能的影响 97
3.4 SiOx材料的制备方法 99
3.4.1 真空升华法 99
3.4.2 高温气相沉积法 102
3.4.3 机械研磨法 105
3.4.4 金属还原法 108
3.4.5 溶胶凝胶法 111
3.4.6 水热/溶剂热法 113
3.5 本章小结 114
参考文献 115
第4章 硅碳复合负极材料 119
4.1 硅碳复合材料概述 119
4.2 硅碳复合的关键科学问题 120
4.2.1 硅碳复合的优势 120
4.2.2 硅碳复合材料的嵌脱锂行为 122
4.2.3 硅碳复合材料的工作机制 123
4.3 硅碳复合材料的制备与性能 127
4.3.1 高能球磨法 127
4.3.2 高效机械混合法 129
4.3.3 表面碳包覆 132
4.3.4 硅-石墨烯复合材料 139
4.3.5 硅-碳纳米管复合材料 142
4.3.6 硅基微胶囊技术 148
4.3.7 多孔碳负载纳米硅 154
4.3.8 其他硅碳复合技术 166
4.4 本章小结 168
参考文献 169
第5章 硅负极容量衰退的机理 176
5.1 硅负极容量衰退概述 176
5.2 硅负极容量衰退机理分析 176
5.2.1 体积效应 176
5.2.2 SEI膜生长与锂消耗 180
5.2.3 硅负极中的锂残留 184
5.2.4 电解液消耗 189
5.2.5 电极阻抗升高 189
5.2.6 硅负极表面镀锂 191
5.3 不同硅材料的容量衰退机制 192
5.3.1 零维纳米硅的容量衰退机制 192
5.3.2 一维纳米硅的容量衰退机制 196
5.3.3 二维纳米硅的容量衰退机制 201
5.3.4 微米硅的容量衰退机制 203
5.4 本章小结 206
参考文献 206
第6章 硅基负极电解液 211
6.1 电解液概述 211
6.2 硅负极/电解液相容性机制 212
6.2.1 电极/电解液界面SEI膜机制 213
6.2.2 电解液的消耗机制 217
6.2.3 电解液的产气机制 218
6.2.4 正、负电极间的长程相互作用（串扰效应） 221
6.2.5 电解液对电极体相的作用机制 222
6.2.6 电解液的安全性 224
6.3 改善电解液与硅负极相容性的策略 226
6.3.1 电解液添加剂的选择和优化 226
6.3.2 电解液的溶剂化结构调控 235
6.3.3 硅负极表面双电层的调控 246
6.3.4 SEI膜的结构和织构调控 255
6.3.5 电解液对硅负极体相行为的影响 257
6.3.6 硅负极与正极间的串扰效应 265
6.4 硅负极电解液现状与未来 267
6.4.1 硅负极电解液的研究现状 267
6.4.2 硅负极电解液的未来发展 268
6.5 本章小结 269
参考文献 269
第7章 硅负极人工界面 276
7.1 人工界面概述 276
7.2 人工界面的基本思想 277
7.2.1 人工界面的背景 277
7.2.2 人工界面的机制 279
7.2.3 人工界面的要求 279
7.3 硅负极人工界面的分类介绍 280
7.3.1 无机人工界面 280
7.3.2 有机人工界面 287
7.3.3 无机-有机复合人工界面 310
7.4 本章小结 316
参考文献 317
第8章 硅负极粘结剂 321
8.1 锂离子电池粘结剂概述 321
8.2 粘结剂的基本理论 321
8.2.1 粘结剂的基本要求 321
8.2.2 粘结剂的作用机制 322
8.2.3 粘结剂的理化性质 324
8.2.4 粘结剂的逾渗行为 328
8.3 硅负极粘结剂的分类 329
8.3.1 油性粘结剂 330
8.3.2 水性粘结剂 332
8.3.3 水乳性粘结剂 336
8.4 硅负极粘结剂的修饰与改性 337
8.4.1 粘结剂的共混技术 337
8.4.2 粘结剂的接枝技术 339
8.4.3 粘结剂的共聚技术 342
8.4.4 粘结剂的交联技术 343
8.4.5 粘结剂的自修复技术 350
8.4.6 导电粘结剂 353
8.4.7 反应型粘结剂 355
8.5 本章小结 357
参考文献 358
第9章 硅负极的预锂化 363
9.1 预锂化概述 363
9.2 预锂化的作用机制 363
9.2.1 预锂化对硅负极的影响 363
9.2.2 预锂化对硅界面的作用 366
9.2.3 预锂化对硅体相的作用 369
9.3 预锂化技术介绍 375
9.3.1 负极预锂化 375
9.3.2 正极预锂化 382
9.3.3 电解液补锂 387
9.4 硅负极预锂化的路线分析 387
9.5 本章小结 388
参考文献 388
第10章 硅基全电池 393
10.1 硅基全电池概述 393
10.2 硅基全电池的制备与优化 393
10.2.1 电极配方的优化 393
10.2.2 电极厚度的优化 396
10.2.3 正极材料的选择 397
10.2.4 负极面容量（N）/正极面容量（P）比 403
10.2.5 充放电截止电压 405
10.2.6 电池工作温度 407
10.2.7 充放电速率 411
10.2.8 硅材料粒径 412
10.2.9 电解液用量 414
10.3 硅基一体化电池 416
10.3.1 一体化电池的由来 416
10.3.2 一体化电池的制备方法 419
10.3.3 隔膜和粘结剂一体化的电池新范式 419
10.4 硅基固态电池 423
10.4.1 硅基固态电池概述 423
10.4.2 硅基固态电池面临的挑战 425
10.4.3 硅基固态电池的未来发展 429
10.5 本章小结 431
参考文献 431
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