文献综述

能源在世界的科技进步发展中有着举足轻重的地位，传统化石能源不断枯竭并且长生大量有害物质污染环境并不能实现真正的可持续发展。作为能源使用的主要领域，汽车工业一直是传统能源消耗和空气污染的重要来源。提高车辆燃油经济性和减少有害排放是汽车行业面临的严峻挑战。然而，经过多年的发展，内燃机（ICE）已经成熟，短期内很难取得重大突破。因此，混合动力电动车辆（HEV），插电式混合动力电动车辆（PHEV）和电动车辆（EV）是替代内燃机并实现可持续能量环境发展的可行技术解决方案，因此需要具有优异性能的电池。想要更好的发展，研制高能量密度、高功率密度、快循环速率、长使用寿命和较低成本的可充电电池是实现环境可持续能源供应的可行选择。

1.锂离子电池

锂离子电池的发展推动了微电子技术的革命，成为便携式电子器件的优先电源选择。锂离子电池无论是在功率密度还是能量密度方面都具有明显优势。

虽然采用石墨作为负极的锂离子电池虽然已经广泛商业化，但是其储存能量不够多，所以需要采用价格低廉、能量密度高、循环性能好的可替代负极材料。Li-Si合金作为负极极大的提升了电池的容量，比传统的石墨电极电池高出一个数量级。

Li-Si合金电极电池工作原理：锂离子电池通过电池内部的Li 在正极和负极之间转换进出，以转换化学能和电能。它由正极集电器，正极材料，电解质溶液，隔板，负极材料和负极集电器组成。充电时，Li 从正极取出并通过电解质插入负极，同时，等量的电子释放到外部电路以保持电荷平衡。此时，正极处于贫锂状态，负极处于富锂状态。当放电时，Li 从负极取出并通过电解质返回到正极。同时，通过外部电路实现电荷平衡，并且正电极和负电极的含锂状态与充电的相反。鉴于Li 离子的传输特性，锂离子电池也称为”摇椅电池”。

Li-Si合金电极电池存在问题：由于合金作为电池电极的固有特性导致离子在脱离电极和再次嵌入后会导致电极收到极大的应力和体积变形，这种现象随着快速充放电会导致锂分布不均匀变得更加严重，进而电极分布不均或者整体碎裂，使用寿命缩小。

本论文主要研究Li-Si负极材料的放电过程材料形变曲线以及充电过程Li-Si负极材料形变的曲线，分析其产生应力的原因和应力对负极材料的作用。

2.改进措施

目前，广大研究学者针对硅材料巨大的体积变化和电导率低两方面做出如下改进措施：