不可否认的是，锂离子电池比它们的铅酸和镍镉前体更有优势。锂离子电池的能量密度、循环寿命、大小和重量等优点，使电动汽车和手机等个人技术等新技术成为可能，并促进了现有市场产品的发展。然而，市场的持续增长仍然依赖于进一步提高能源密度的能力，同时保持当前的成本和周期寿命性能。这就是为什么许多人认为电池开发是全球增长最快的行业之一，也是为什么制造商和产品品牌制造商在电池制造中寻找未来。
所面临的挑战
锂离子电池是可穿戴设备、便携式电子设备、无线电动工具和电动汽车等移动应用的主要能源存储来源。几十年来，在改善循环寿命、成本和性能方面取得了进展，但能源密度(通过衡量电池可以存储多少能量来定义)仍然是一个难以捉摸的挑战。
今天的锂离子电池主要由石墨碳阳极制成，石墨碳阳极是电池储存能量的成分之一。虽然石墨阳极提供了耐久性，但材料吸收离子的能力有限，这是提高能量密度的主要限制因素。
的机会
提高能量密度是提供电池解决方案的关键，可以推动未来最有前途的市场，涵盖技术、汽车、国防和航空航天。例如，电池驱动的汽车充一次电就能行驶更远，电池驱动的商业航空旅行变得可行，以及更小的可穿戴设备，这将使它们更吸引消费者。
制造商一直在寻找能够增加电池能量密度的替代阳极材料，同时保持其他性能要求。硅已经被证明可以增加阳极的能量密度，但它也带来了另一个挑战，即保护材料，防止吸收过多过快的离子，导致材料随着时间的推移而退化。这种限制给电池的循环寿命带来了挑战。
将潜力转化为现实
锂离子电池硅阳极的发展也受到了商业上可扩展的方法的阻碍，该方法可以生产尺寸和形貌明确的纳米结构材料，特征尺寸低于150纳米。传统的自顶向下的方法，包括球磨，价格低廉，产生的硅材料具有高度的团聚，相对较大的颗粒尺寸，以及不明确的形貌和表面。金属辅助化学蚀刻是合成硅纳米材料的一种新方法。对形貌、蚀刻方向、传质问题的控制以及对氢氟酸等剧毒试剂的要求限制了该方法的商业化。与此同时，化学气相沉积(CVD)等自下而上的方法也成为研究的热点。基于cvd的合成产生了明确的颗粒尺寸和多种纳米结构结构，包括纳米颗粒(NPs)、纳米线(NWs)和薄膜。使用CVD方法的一个主要障碍是资金成本高，产量低，以及使用有害的和易燃的气体硅原料，如硅烷，SiH4。
解决方案可能在于硅碳混合阳极，由纳米结构制成，可以存储更多的锂离子，同时减少随着硅膨胀的潜在损伤。这些杂化纳米结构包括硅包覆碳纳米管、核壳纳米结构和通过静电纺丝或气液过程生长的碳包覆硅纳米线。环己硅烷，CHS，由于其易于功能化的能力，更理想的处理条件和更有利的反应条件，使商业上可行的方法来制造这些纳米结构。所有这些优点都可以实现单步加工和卷对卷制造。这种对现有制造工艺的“替代”将提供一种降低成本的方法，并避免使用CVD方法的高资本成本。
下图突出了这种方法的优点，说明与相对较低的硅掺入到阳极结构，增加能量密度约3倍是很容易实现的，同时保持良好的循环寿命。2
此外，由此产生的硅纳米结构形态可以随时定制，以交付具有所需尺寸的纳米纤维或纳米颗粒和导电碳添加剂。硅薄膜也是一种可能，我们设想的沉积机制可以缓解一些困扰以前研究的分层问题。
接下来是什么?
的预计锂离子电池市场将继续增长2017年至2022年，年均复合增长率为13.7%，产值达677亿美元。随着消费者对电池技术的需求不断增长，制造商纷纷投资于电池的研发，目的是加快锂离子电池能量密度的提高。
硅基阳极的市场份额越来越大，全球主要企业和初创企业在该领域的研发力度也在大幅增加，主要来自电池制造商、汽车制造商等。随着能源密度的提高，我们可以期待整个技术领域的产品进步，以及尚未想象到的产品的推出。
- X. Zhang等，“新型锂离子电池用静电纺丝纳米纤维阳极、阴极和隔板”，聚合物的评论，51岁,234 - 264(2011)。
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