因硅具有高达4 200 mA?偸h/g的理论嵌锂容量, 成为目前最具有发展前景的锂离子电池负极材料。但是, 因硅材料在嵌脱锂过程中存在巨大的体积膨胀(≥300%), 制约了其作为锂离子电池负极的商业化应用。通过采用静电纺丝技术和碳源前驱体包覆相结合的方法, 经过碳化处理制备的C@Si/C硅基复合负极。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的物相结构和微观形貌进行了表征, 采用热重分析实验研究了聚乙烯吡咯烷酮包覆后所得材料质量随温度的变化情况, 通过Raman测试考察了碳化后所得硅基负极材料的石墨化程度。对所制备的硅基负极材料进行了恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗谱分析。结果表明: 经碳包覆后的静电纺丝Si/C纤维相较于未包覆前, 电化学性能有了明显提升。在0.1 A/g的电流密度下, 首次放电容量可达到1 401.4 mA?偸h/g, 首次Coulombic效率高达70.22%, 经100圈循环后容量仍保持在582.6 mA?偸h/g, 倍率测试结果表明, 经过1.0 A/g的大电流密度测试后, 在0.1 A/g的电流密度下, 仍具有622.2 mA?偸h/g的可逆容量。

针对硅材料嵌脱锂过程中体积膨胀容易导致负极材料粉化和与集流体脱落而使电池容量快速衰减、导电性差等问题，以自制的纳米硅为主要材料，采用静电纺丝的方法原位制备了具有无纺布结构的柔性硅基负极，对其物性与结构形貌和电化学性能进行了系统研究。结果表明：所制备的无纺布结构的硅基负极具有非常好的柔性，聚乙烯吡咯烷酮裂解后的碳主要以无定形碳的形式存在，Si/C复合的硅基负极纤维膜具有高的比表面积并存在大量介孔结构。在0.1 A/g充放电电流密度下，首圈放电容量可以达到2 086.7 mA·h/g，初始Coulombic效率高达81.1%，放电容量经过100圈循环后仍能维持在500 mA·h/g以上。

随着直拉法热场尺寸的不断增大，单晶硅生产过程中已经大批量采用C/C复合埚帮替代石墨埚帮。但是，由于埚帮处在高温富Si环境中，经过一定时间后碳纤维出现异化现象，致使埚帮失效，高频次的更换增加了企业的生产成本。研究中利用XRD对碳纤维埚帮异化不同阶段物相进行分析，通过SEM对异化后的埚帮形貌进行观察，发现处在高温富Si氛围中的碳纤维变成了碳化硅。通过对单晶硅炉内流场和温度场分析，揭示了碳化硅的形成过程和机理。结合碳纤维硅化过程和反应机理分析了埚帮异化的主要原因，为后续高寿命埚帮设计和延长其使用寿命提供增强策略。