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碳与硅相近似的化学性质，为两者的紧密结合提供了理论依据，所以碳常用作与硅复合的首选基质。硅通常与石墨、石墨烯、无定型碳和碳纳米管等不同的碳基质制备复合材料。在硅碳复合的体系各组分作用为：
硅：主要作为活性物质，提供容量；
碳材料：一般作为分散基质，限制硅颗粒的体积变化，并作为导电网络维持电极内部良好的电接触。
▲多孔纳米硅碳复合材料用于锂电池负极材料示意图
理论上，硅/碳复合材料储锂容量高，导电性能好，但要成为可商用的锂离子电池负极材料，面临着两个基本的挑战：循环稳定性差和可逆循环容量保持率低。
目前，硅/碳复合负极材料制备方法主要有：化学气相沉积法、溶胶凝胶法、高温热解法、机械球磨法和水热合成法。
▲化学气相沉积法制备硅/碳复合材料示意图
CVD法制备硅/碳复合材料优点是：硅碳两组分间连接紧密、结合力强；充放电过程中活性物质不易脱落；具有优良的循环稳定性和更高的首次库伦效率；碳层均匀稳定、不易出现团聚现象；设备简单，复合材料杂质少，反应过程环境友好。
缺点是：工艺条件不易控制，产物产量少，工业化生产还需进一步研究。
溶胶凝胶法制备硅/碳复合材料主要有两种方式：
将硅颗粒分散于碳凝胶中，制备得到具有三维碳网络结构特征的硅/碳纳米复合材料。
利用正硅酸四乙酯为硅源，通过改性溶胶凝胶法结合镁热还原法等方法，制备得到具有3D构架的硅/石墨烯纳米复合材料。
▲3D构架的硅/石墨烯纳米复合材料
高温热解法是目前制备硅/碳复合材料最常用的方法，其工艺过程是以SiCl4为原料，采用金属镁热还原方法得到多孔硅，再在惰性气氛下，通过高温热解法进行有机碳的包覆，制备出多孔硅/碳复合材料。
▲多孔硅/碳复合材料SEM图片
机械球磨法是以硅粉、石墨与石油沥青粉体为原料，混合后球磨，然后在氩气气氛下在1000 ℃下进行热处理制备硅/碳复合材料。
该方法优点是：工艺简单、成本低、效率高，适合工业生产等优势；制备的的复合材料粉体颗粒粒度小、各组分分布均匀。
缺点是：粉体颗粒易出现团聚现象。
水热合成法一般采用小分子有机物为碳源，将其与硅粉在溶液中超声分散均匀后，在密封的高压反应釜中进行水热反应，再在高温下碳化即制得硅/碳复合材料。
水热合成法优点是：操作简便，产物纯度高，分散性好、粒度易控制。
缺点是：耗能高、产量低，不适合批量生产。
