1. 无定型硅和硅的氧化物

（1）无定型硅

无定形硅在低电位下拥有较高的容量，作为锂离子电池负极材料"相比于石墨类电极材料**性能更高。但无定形硅材料只能在有限程度上缓解颗粒的破碎和粉化，其循环稳定性仍不能满足作为高容量电池负极材料的要求。

（2）硅的氧化物

作为锂离子电池负极材料，SiO具有较高的理论比容量（1200mAh/g以上）、良好的循环性能以及较低的脱嵌锂电位，因此也是一种**潜力的高容量锂离子电池负极材料。但氧化硅含氧量的不同也会影响其稳定性和可逆容量：随着氧化硅中氧的提高，循环性能提高，但可逆容量减小。

除此之外，硅氧化物作为锂离子电池负极材料还存在一些问题：由于**嵌锂过程中Li2O和锂硅酸盐形成过程是不可逆的，使得**库仑效率很低；同时Li2O和锂硅酸盐导电性差，使得电化学动力学性能较差，因而其倍率性能差；相比于单质硅，硅氧化物作为负极材料的循环稳定性更好，但是随着循环次数继续增加，其稳定性仍然很差。

2. 低维硅材料

低维度的硅材料在同质量下拥有更大的表面积，利于材料与集流体和电解液的充分接触，减少由于锂离子不均匀扩散造成的应力和应变，提高材料的屈服强度和抗粉化能力，使得电极能够承受更大的应力和形变而不粉碎，进而获得更高的可逆容量和更好的循环稳定性。同时，较大的比表面积能承受更高的单位面积电流密度，因此低维硅材料的倍率性能也更好。

（1）硅纳米颗粒

相比于微米硅，使用纳米粒径硅的电极材料，其电化学性能无论是**充放电比容量还是循环容量，都有明显的改善。

尽管纳米硅颗粒相对于微米硅颗粒有着更好的电化学性质，但当尺寸降至100nm以下时，硅活性颗粒在充放电过程中很容易发生团聚，而加快容量的衰减，且较大的比表面使得硅纳米粒子与电解液发生更多的接触，形成更多的SEI所以其电化学性能没有得到根本的改善。因此纳米硅经常与其他材料（如炭材料）复合用于锂离子电池负极材料。

（2）硅薄膜

在硅薄膜的脱嵌锂过程中，锂离子倾向于沿着垂直于薄膜的方向进行，因而硅薄膜的体积膨胀也主要沿着法线方向进行。相比于块状硅，使用硅薄膜可以有效抑制硅的体积效应。不同于其他形态的硅，薄膜硅不需要黏结剂，可作为电极直接加入锂离子电池中进行测试。硅薄膜的厚度对电极材料的电化学性能影响很大，随着厚度的增加，锂离子的脱嵌过程受到抑制。相比于微米级的硅薄膜，纳米级的硅薄膜负极材料表现出了更好的电化学性能。

（3）硅纳米线及纳米管

目前，已报道的能大量合成硅纳米线的方法主要包括激光烧蚀法、化学气相沉积法、热蒸发法和硅基底直接生长法等。

硅纳米管由于其特有的中空结构，相比于硅纳米线有着更好的电化学性能。硅纳米线/纳米管相比于硅颗粒，在脱嵌锂过程中横向体积效应不明显，而且不会像纳米硅颗粒一样发生粉碎失去电接触，因而循环稳定性更好。由于直径小，脱嵌锂更快更彻底，因而可逆比容量也很高。硅纳米管内外部的较大自由表面可以很好地适应径向的体积膨胀，在充放电过程中形成更稳定的SEI，使得材料呈现出较高的库仑效率。

3.多孔硅和中空结构硅

（1）多孔结构硅

合适的孔结构不仅能够促进锂离子在材料中快速脱嵌，提高材料的倍率性能，同时还能够缓冲电极在充放电过程中的体积效应，从而提高循环稳定性。在多孔硅材料的制备中，加入炭材料可以改善硅的导电性能并维持电极结构，进一步提高材料的电化学性能。制备多孔结构硅的常用方法有模板法、刻蚀法和镁热还原法。

近年来，镁热还原氧化硅制备硅基材料的方法引起了研究者的广泛关注。除了用球形氧化硅作为前驱体外，氧化硅分子筛由于自身为多孔结构，因而是一种常用来制备多孔硅材料的方法。常用的氧化硅前驱体主要有SBA-15、MCM-41等。由于硅的导电性差，在进行镁热还原后往往还会在多孔硅的表面包覆一层无定形碳。

（2） 空心结构硅

空心结构是另外一种有效改善硅基材料电化学性能的途经，目前制备中空硅的方法主要为模板法。尽管中空硅的电化学性能优异，但是目前其制备成本仍然很高，而且同样存在着导电性较差等问题。通过设计蛋黄蛋壳（yolk-shell）结构并控制蛋黄与蛋壳之间的空间大小，在有效缓冲硅体积膨胀的同时，作为蛋壳的碳还可以提高材料的导电性，因此具有蛋黄蛋壳结构的碳硅复合材料的循环稳定性更好，可逆容量也更高。