提高锂离子电池的能量密度的有效途径之一是增加正负极材料的容量。负极材料中，硅的理论容量最高，且硅的原料价格较低，储量丰富，环境友好，因此一直以来是最具潜力的高容量负极材料，目前被视为下一代负极材料的首选材料。硅负极的研究历时已经二十余年，一直以来，主要面临着四个方面的挑战：1)硅的高容量带来的较大体积变化，这对于电极与电池的设计带来了很大的挑战，容易导致颗粒粉化，电极层与集流体脱落；2)裸漏的硅与有机电解质溶液的持续反应，由于硅颗粒或晶粒的较大体积变化，硅负极表面难以生长稳定的固体电解质膜，持续的反应会消耗正极、电解质中的锂，导致库仑效率较低、循环性降低、内阻不断增大；3)小尺寸纳米硅的制造成本较高，纳米硅的结晶度与结晶取向不易控制；4)复合材料中，纳米硅与碳的均匀分散较为困难，导致反应不均匀，颗粒容易粉化。