隨著鋰離子電池的不斷發展，市場上的石墨負極材料已經逼近其理論比容量（372mAh/g），較低的理論比容量已經無法滿足人們的需求。 迫切需要開發一種具有更高比容量的材料來解決這個問題。 這個問題。 在眾多新型鋰離子電池負極材料中，矽（Si）具有理論比容量高（4200mAh/g）、嵌鋰電位低（0.4~0.6V）及儲量豐富（地殼中26.4%）等優點。 它受到了廣泛的關注。
矽碳負極和矽氧負極結合了碳材料的高導電性和穩定性的優點與矽材料的高比容量的優點。 製程相對成熟，整體電化學性能較好。 它們已成為引領鋰電池負極材料產業發展的新方向。 。 其中矽氧路線進展迅速，已進入工業化應用階段。 主要應用於動力電池領域，但成本相對較高。 矽碳負極因其較高的比容量和較高的首次效率而具有更大的應用前景。 雖然矽基合金負極材料相比石墨負極材料在比容量上有顯著提升，但由於其製程難度大、生產成本高、首次充放電效率低等原因，尚未大規模使用。
矽碳陽極是指奈米矽和碳材料的混合物。 透過將矽基材料的粒徑減小到奈米級別，可以有更多的空隙來緩衝矽在脫嵌鋰離子過程中產生的應力和變形。 在矽碳負極的製備過程中，需要先製備奈米矽顆粒，並在最外層包覆碳，形成殼核結構。 目前矽碳負極的商業容量在450mAh/g以下。 其初始效率較高，但體積膨脹較大，循環性能較差。
矽氧負極是指氧化矽和石墨材料的混合物。 與矽材料相比，氧化矽材料在嵌鋰過程中的體積膨脹大大減少（氧化矽在嵌鋰過程中的體積膨脹約為118%，矽為300%以上），因此其循環性能大大降低改善了。 此外，矽氧負極首次效率低、生產成本高、製備製程不標準化。 目前比較成熟的技術路線是碳包覆氧化矽結構。 通常先製備鋰電池用氧化矽，然後進行碳包覆等後續製程。
總的來說，矽氧負極的優點是循環壽命好，但首次效率較低。 首次效率可以透過預鋰化等技術來提高。 矽碳負極的優點是首次效率高，但循環壽命低。 透過矽的奈米化可以降低膨脹和破損的風險並提高循環壽命。