硅颗粒的特性和应用领域

锂离子电池因其清洁环保无污染、能量密度高、质量轻、无记忆效应，正有逐步取代传统的铅酸电池的趋势。但是，锂离子电池负极材料历经20多年的发展，并没有本质的变化，依旧是以石墨类材料为主。石墨类材料的一个的问题是理论比容量低（372mAh/g），现在的商用石墨已经有做到360mAh/g,已经逼近石墨类负极的极限。

近年来，有一种材料被人们所关注——硅。硅是半导体工业的核心材料，在锂离子电池领域，同样有广阔的前景。硅的锂离子比容量是4200mAh/g,是商用石墨的十倍以上。这是因为一个硅原子可以与容纳4.4个锂离子形成合金结构，而对于石墨，则需要6个碳原子才能容纳一个锂离子，这是硅的比容量很高本质的原因。但是硅同时也存在体积膨胀的问题。打个比方，硅相当于一条蛇，吃掉4.4个锂离子肚子会膨胀300％。如果硅原子之间很致密，因为没有体积膨胀空间，电极材料会粉碎脱落，甚至撑破隔膜造成电池短路。

硅颗粒表现了光敏感性、光稳定性，表面化学活性和生物亲和性。硅粒子的表面羟基可以被引入到不同的有机官能团，如COOH和NH 2等，以使表面官能化，用于耦合蛋白质，核酸，抗体和其它生物分子，建立了荧光纳米探针的，使用生物的生物学标记和成像领域。