目前鎳鎘、鎳氫、鋰離子充電電池大量應(yīng)用于各種便攜式用電設(shè)備（如筆記本電腦、攝像機(jī)和移動(dòng)電話等）中，每種充電電池都具有自己獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)。鎳鎘和鎳氫電池之間主要差別在于：鎳氫電池能量密度比較高。與相同型號(hào)電池對(duì)比，鎳氫電池容量是鎳鎘容量的二倍，這意味著在不為用電設(shè)備增加額外重量時(shí)，使用鎳氫電池能大大地延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間。鎳氫電池另一優(yōu)點(diǎn)是：大大減少了鎳鎘電池中存在的“記憶效應(yīng)”問題，從而使得鎳氫電池可更方便地使用。鎳氫電池比鎳鎘電池更環(huán)保，因?yàn)樗鼉?nèi)部沒有有毒重金屬元素。

 

Li-ion也已經(jīng)快速成為便攜設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源，Li-ion能提供和鎳氫電池一樣的能量，但在重量方面則可減少大約35%，這對(duì)于象攝像機(jī)和筆記本電腦之類的用電設(shè)備來說是至關(guān)重要的。Li-ion完全沒有“記憶效應(yīng)”和不含有毒物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)也是使它成為標(biāo)準(zhǔn)電源的重要因素。氣相沉積法包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD).CVD是一種用于生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的固體材料的化學(xué)過程，這個(gè)方法通常應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的薄膜制造.PVD是一種真空沉積法，可以用來制作薄膜和涂層.PVD是材料從凝聚態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蹜B(tài)薄膜的一個(gè)過程.最常見的PVD過程是濺射和蒸發(fā).PVD常用于制造具有機(jī)械、光學(xué)、化學(xué)或電學(xué)性能的薄膜 [14].

1.2高溫固相合成

高溫固相合成是一種在高溫(1 000～1 500 ℃ )下，通過固體界面之間的接觸、反應(yīng)、成核和晶體生長(zhǎng)反應(yīng)生成大量的復(fù)合氧化物的方法.高溫固相合成應(yīng)是制備硅碳復(fù)合材料一種常用方法，為了防止惰性相硅碳的生成，反應(yīng)溫度通常控制在1200 ℃ [15].在反應(yīng)過程中，溫升速率、反應(yīng)前驅(qū)物的選擇和反應(yīng)溫度的高低將直接影響材料的結(jié)構(gòu)和性能.高溫固相合成技術(shù)因工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，重現(xiàn)性好而被廣泛應(yīng)用.

1.3機(jī)械合金化

與高溫固相合成法相反，機(jī)械合金化法制備的材料通常具有更小的粒度，更大的比表面積和更均勻的組織[16].機(jī)械合金化是一種固態(tài)粉末加工技術(shù)，涉及重復(fù)冷焊、壓裂和在高能球磨機(jī)中重新焊接混合粉末粒子，從而獲得均勻材料的方法，已被證明能夠從混合元素或預(yù)合金粉末中合成各種平衡和非平衡合金相[17].

1.4靜電紡絲

靜電紡絲是一種利用靜電來噴射聚合物溶液或聚合物的帶電細(xì)絲的纖維生產(chǎn)方法，其直徑一般為幾百納米.靜電紡絲技術(shù)融合了電噴涂和傳統(tǒng)的溶液干法紡絲纖維的優(yōu)點(diǎn)[18].該過程不需要使用化學(xué)凝固或高溫來從溶液中產(chǎn)生紡絲，這使得該工藝特別適用于大而復(fù)雜的微粒生產(chǎn)纖維 [19-20].靜電紡絲技術(shù)是可利用各種材料制備納米纖維的一種低成本、工藝簡(jiǎn)單的通用方法，改進(jìn)工藝后的同軸靜電紡絲技術(shù)可制備納米管和核殼結(jié)構(gòu)納米纖維[21].

 

2  硅碳負(fù)極材料

碳納米材料因其獨(dú)特的性能而有著許多技術(shù)應(yīng)用，包括輕量化構(gòu)造、電子、能源、環(huán)保、醫(yī)藥等領(lǐng)域[22-23].納米材料的物理和化學(xué)性能不同于普通材料甚至更優(yōu)于普通材料，這些優(yōu)異的性能通常由材料組織的微結(jié)構(gòu)決定[24-25].碳材料因其良好的機(jī)械特性，高導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，在無黏結(jié)劑電極和輕質(zhì)電極研究領(lǐng)域備受關(guān)注.近年來，納米線、納米纖維、納米管、納米球等硅碳納米結(jié)構(gòu)經(jīng)常被應(yīng)用于鋰離子電池中.

2.1硅碳納米線

納米線是納米級(jí)應(yīng)用的一種，產(chǎn)業(yè)化的納米線直徑分布在50～100 nm[26].圖1為碳硅核殼納米線的SEM形貌. 將非晶硅包覆在碳納米線上制備的碳硅核殼納米線材料[27]作為高功率和長(zhǎng)壽命鋰電池負(fù)極的容量可達(dá)2 000 mA·h g-1且具有良好的循環(huán)壽命.