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對高能量密度鋰離子電池的迫切需求推動了對具有超高理論容量的Si負極的研究，納米結構Si的制備是工業應用的第一步，因為它有解決內在問題即鋰化/脫鋰過程中嚴重體積變化的潛力。然而，以可接受的成本和批量穩定性實現納米結構Si工業化生產仍然是一個巨大的挑戰。

在此，四川大學郭孝東教授、吳振國副研究員等人重新審視了納米結構Si的制備進展，包括0D納米顆粒（Si-NPs）、1D納米線和納米管（Si-NWs和Si-NTs）、2D薄膜（Si-TF）和3D多孔結構（P-Si）等四類。

在簡要介紹了納米結構Si市場現狀的基礎上，介紹了各種納米結構Si的制備方法及相應的進展，包括球磨法、鎂熱還原法、模板法、化學氣相沉積法和化學蝕刻法，并從機理、成本、技術成熟度和最新發展等方面對上述技術進行了全面的總結和比較。最后，對納米結構Si制備向工業化發展的方向進行了深入探討。

圖1. 高能球磨法制備Si-NPs的示意圖及性能研究

作者總結了幾類Si納米材料的未來發展：

（1）Si-NPs是目前市場上主要的Si納米材料，如何高效合成均勻可控的Si-NPs是其發展方向。此外，在產業化方面，降低能耗、提高生產效率、擴大生產規模是關鍵問題。

（2）Si-NWs和Si-NTs的制備工藝流程比Si-NPs的制備工藝流程更復雜、成本更高，未來應用應作為少量添加劑添加到負極材料中以改善材料性能。

（3）Si-TF與固態電解質具有良好的適應性，且固態電池是未來的重要發展方向。

（4）P-Si顯示出巨大的應用潛力，要實現工業化應用，納米微結構的調控和低成本的大規模制備是關鍵。

圖2. 化學蝕刻制備多孔Si/SiO_x NWs的示意圖及性能研究

Revisiting the Preparation Progress of Nano-Structured Si Anodes toward Industrial Application from the Perspective of Cost and Scalability, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202102181

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郭孝東/吳振國AEM: 納米結構硅負極的工業應用制備進展

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