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鋰離子電池是一種常用的可充電電池，全球市場估計(jì)為110億美元，預(yù)計(jì)到2020年將增長到600億美元。鋰離子電池的普及是由于其相對于其他電池的優(yōu)勢二次（或充電）電池：

● 在給定容量下比其他充電電池輕

● 鋰離子化學(xué)物質(zhì)可提供高開路電壓

● 自放電率低（每月約1.5％）

● 不要受到電池記憶的影響

● 環(huán)境效益：可充電且有毒的垃圾填埋場減少

但是，鋰離子電池還遇到了以下問題：

● 循環(huán)壽命差，特別是在大電流應(yīng)用中

● 隨著騎行和年齡的增長提高內(nèi)在阻力

● 過熱或過度充電時(shí)的安全問題

● 鋰離子電池容量要求更高的應(yīng)用

在鋰離子電池中，鋰離子在放電過程中會從陽極移動到陰極，而在充電時(shí)會從陰極移動到陽極。用于陽極和陰極的材料會極大地影響電池性能的許多方面，包括容量。迫切需要新的高容量材料，以解決對更大能量密度，循環(huán)壽命和充電壽命以及鋰離子電池面臨的其他問題的需求。

石墨歷來用于商業(yè)用途選擇的陽極，具有典型的第一代Li離子化學(xué)工作如下：

鋰離子電池總反應(yīng)C +的LiCoO 2 ?LIC 6 +栗0.5的CoO 2

在陰極：的LiCoO 2 -李+ -電子- ?栗0.5的CoO 2 ?143毫安時(shí)/克

在陽極： 6C +栗+ + E - ?LIC 6 ?372毫安時(shí)/克

材料石墨以外一直經(jīng)研究，硅具有最高的重量容量（mAh / g）。

硅的體積容量（Wh / cc），即考慮到鋰插入引起的體積增加的硅的容量，仍顯著高于與碳陽極材料相關(guān)的容量。

如果可以在不影響電池壽命的前提下使用硅，則鋰離子電池的潛力對鋰離子電池的未來具有廣闊的前景。

給鋰離子電池充電時(shí)，鋰會插入硅中，導(dǎo)致體積急劇增加（最大400％）。放電時(shí)，鋰從硅中提取出來，并恢復(fù)為較小的尺寸。反復(fù)的膨脹和收縮會在硅上施加很大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致硅材料破裂或粉碎。反過來，這導(dǎo)致硅碎片與最近的鄰居電隔離，并導(dǎo)致電池陽極的導(dǎo)電性損失。因此，常規(guī)的硅基陽極的充放電循環(huán)壽命通常較短。