硅负极的理论比容量（4200ｍＡｈ·ｇ－１）是传统石墨负极理论比容量的十倍以上（372ｍＡｈ·ｇ－１），而且硅作为地球上第二丰富的元素，来源广泛，在高比能动力电池领域应用潜力巨大。然而，硅负极材料的导电性较差（常温下电导率为2.54×10－4Ｓ·ｍ－1），而且在充放电循环时发生的锂化和去锂化过程伴随着巨大的体积变化，引起电极的开裂与粉化，一方面导致电极材料之间、电极材料与集流体之间电接触不良；另一方面造成固体电解质界面膜（ＳＥＩ膜）的反复破裂和形成，持续地消耗电解液，也不利于锂离子在负极材料中的扩散，最终导致电池容量迅速衰减。

相关研究主要采用碳材料改性的方法解决硅的体积膨胀和导电性差的问题。其中，石墨具有储量丰富、振实密度高、导电和力学性能优良等特点，以其作为支撑硅颗粒的骨架材料，不仅可以改善硅基负极的导电性，还可以抑制硅的体积变化。而且，依托石墨负极成熟的产业体系发展新型的硅／石墨负极材料，是实现硅基负极材料商业化应用的可靠途径。

现阶段，采用物理混合手段制备硅／石墨复合材料被认为是实现硅/石墨复合材料批量生产的可行策略：Yi等将纳米硅粉和石墨通过球磨混合后，利用机械压制使硅纳米颗粒嵌入石墨片层，所制备的复合材料具有高的压 实密度，在0.2Ｃ倍率下循环100圈后放电比容量为520.7ｍＡｈ·ｇ－1，然而随着硅粉含量的增加，石墨难以承受硅的体积膨胀所释放的应力，将导致复合材料结构破坏；

Ｙａｎｇ等将硅粉、沥青、碳纳米管、石墨分步混合制成浆料，通过喷雾干燥法制备了硅／石墨／碳纳米管复合材料，其结构均匀性很大程度上受到浆料分散性的影响；chen等采用喷雾干燥法制备纳米硅包覆人造石墨的复合材料，再将其分散在沥青的四氢呋喃溶液中，干燥后获得结构均匀的人造石墨／硅／碳材料；值得注意的是，以水为分散剂进行物料混合时，由于纳米硅颗粒易发生团聚，天然石墨疏水性较强，致使硅和石墨难以充分分散，添加表面活性剂和粘结剂成为提高湿法混合均匀性的常用手段：

Ｌａｉ等用十二烷基苯磺酸钠分散硅粉，制备了炭包覆的硅／石墨复合材料；Ｚｈａｏ等用壳聚糖做粘结剂，醋酸做缓冲剂，柠檬酸和聚丙烯酸做交联剂，通过交联反应生成网络结构聚合物，缓解了硅在充放电过程中的体积膨胀，提升了硅石墨复合材料的循环稳定性。研究人员还通过对多种粘结剂的结合使用增加硅和石墨的结合强度。 

尽管如此，通过机械混合和喷雾干燥等手段制备的硅／石墨复合材料仍然存在两大技术瓶颈：

（１）石墨与硅的界面结合不牢固，很难充分发挥协同储锂效应； 

（２）石墨载体较低的比表面积限制了硅的负载量，使得复合材料难以达到预期的高比容量，解决这两大难题是提升硅／石墨负极性能的关键。针对上述问题，研究人员多采用热解炭包覆的手段改进材料的导电性和结构稳定性，然而由于蔗糖等碳源的结晶性强，热解生成的无定形炭颗粒较大，不易形成完整、连续的炭层。

本研究改进了纳米硅和天然石墨的湿法混合与炭包覆工艺，首先通过氧化处理实现石墨的片层剥离，在增大石墨比表面积的同时，强化硅与石墨之间的界面结合力；再利用表面活性剂改善硅与石墨在水中的分散均匀性；最后利用柠檬酸促进蔗糖水解为单糖，以优化炭包覆层的结构与性能。

转自石默邦