中國粉體網(wǎng)訊  今年3月1日,，國家工信部等四部委聯(lián)合公布了《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，該文件對動力電池的未來發(fā)展方向做了規(guī)劃,，并對產(chǎn)品性能提出了具體要求——到2020年,，新型鋰離子動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤，系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260瓦時/公斤,；到2025年,，新體系動力電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展，單體比能量達(dá)500瓦時/公斤,。

傳統(tǒng)石墨負(fù)極很難達(dá)到這一目標(biāo),，采用硅碳負(fù)極可能是動力電池的必然選擇，它也將可能成為未來負(fù)極材料的應(yīng)用主流,。然而,，硅碳負(fù)極的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化之路可能并不輕松，還有一系列問題需要解決,。

硅是目前已知的比容量最高的鋰離子負(fù)極材料,，可達(dá)到4200mAh/g,，是石墨的十倍左右， 而且在地殼元素中儲量豐富(26.4%,，第2位),。因此，硅被看作是當(dāng)下最有潛力的負(fù)極材料,。

硅做負(fù)極時,，從工作原理看，充電時鋰離子從正極材料脫出,，嵌入硅晶體內(nèi)部晶格間時,，造成膨脹（可達(dá)300%），形成硅鋰合金,；而放電時鋰離子從晶格間脫出,，又形成大的間隙。如果單獨(dú)使用硅作為負(fù)極材料,，脫嵌過程中,，由于硅晶體體積出現(xiàn)明顯變化，易造成硅負(fù)極材料從集流體剝離下來,，導(dǎo)致極片露箔并引起電化學(xué)腐蝕和短路等現(xiàn)象,，影響電池的安全和使用壽命。

硅碳復(fù)合材料則可以彌補(bǔ)這一不足,。碳負(fù)極材料循環(huán)穩(wěn)定,，導(dǎo)電性能優(yōu)異，且鋰離子對碳的層間距影響不大,，可緩沖和適應(yīng)硅的體積膨脹,，因此，碳常被用來與硅進(jìn)行復(fù)合,。硅碳復(fù)合材料可分為硅碳傳統(tǒng)復(fù)合材料和硅碳新型復(fù)合材料,，其中傳統(tǒng)復(fù)合材料是指硅與石墨、炭黑等復(fù)合,，新型硅碳復(fù)合材料是指硅與碳納米管,、石墨烯等新型碳納米材料復(fù)合。業(yè)內(nèi)人士對硅碳負(fù)極材料的前景頗為看好,。

今年9月,，工信部公布了《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2017年版)》，該目錄中,，有4項(xiàng)新材料涉足新能源領(lǐng)域,，負(fù)極材料——硅碳負(fù)極赫然在列。關(guān)于硅碳負(fù)極，目錄明確要求需滿足：低比容量(<600mah>1.5,，循環(huán)壽命>300圈(80%,，1C)；高比容量(>600mAh/g)：壓實(shí)密度>1.3,，循環(huán)壽命>100圈(80%,，0.5C)。

據(jù)了解,，目前，我國硅碳負(fù)極材料比容量在450mAh/g左右,，離600mAh/g的指標(biāo)還有一定的差距,。理論上，硅碳負(fù)極應(yīng)該是比較理想的動力電池負(fù)極材料,，然而,，至今硅碳負(fù)極仍未大規(guī)模推廣。電池中國網(wǎng)認(rèn)為,，其產(chǎn)業(yè)化障礙主要在于：

1.膨脹問題,。硅碳負(fù)極材料的循環(huán)性能和膨脹問題未徹底解決，硅材料較低的壓實(shí)密度和嵌鋰后體積的顯著膨脹,，正如業(yè)內(nèi)專家所言,，這個特點(diǎn)在一定程度上影響了電池結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)。

2.首次充放電效率低,。硅碳負(fù)極在首次充放電時會形成SEI膜,，SEI在硅的體積變化影響下被反復(fù)破壞與重新形成，鋰離子被大量消耗,，從而造成電池容量下降,。

3.材料加工成本高。電池負(fù)極材料在走向納米化,，不同的材料對物料的研磨工藝有不同的要求,，硅碳負(fù)極對研磨機(jī)的性能是一個極大的挑戰(zhàn)，其納米化生產(chǎn)效率不高,，復(fù)合過程復(fù)雜,，導(dǎo)致成本比石墨高很多。

目前,，硅碳負(fù)極材料在產(chǎn)品性能方面還需進(jìn)一步提升,，業(yè)內(nèi)也在努力。比如,，電池中國網(wǎng)曾討論過硅碳負(fù)極的膨脹問題,，我們可以多從力學(xué)的角度研究電池內(nèi)部的應(yīng)力問題，通過控制碳材料中硅的含量，將硅的體積減小到納米級,，或者通過改變石墨質(zhì)地,、形態(tài)等，實(shí)現(xiàn)碳和硅的最佳匹配,；還可通過采用其他物質(zhì)對硅材料進(jìn)行包覆,，促進(jìn)膨脹后的復(fù)原，或采用更適宜的電極材料等一系列方法,，來減少硅膨脹帶來的諸多問題,。此外，通過采用穩(wěn)定的電解液,，形成穩(wěn)定的SEI膜,，也可以減少電解液的消耗，提高循環(huán)效率,。   

硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化是一個大趨勢,。很多國際知名電池企業(yè)都制定了能量密度提升計(jì)劃，比如,，三星SDI計(jì)劃于2023年達(dá)到350Wh/kg,；比亞迪計(jì)劃于2020年達(dá)到300Wh/kg；寧德時代計(jì)劃于2020年達(dá)到350Wh/kg,。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),，各廠家都制定了具體的實(shí)現(xiàn)路徑，都將硅碳負(fù)極作為電極材料,。目前,，不少企業(yè)已經(jīng)在積極布局，有的企業(yè)甚至已經(jīng)量產(chǎn),。

在國家政策的推動下,，未來硅碳負(fù)極材料將迎來快速發(fā)展。據(jù)預(yù)測,，2020年硅碳負(fù)極材料市場空間高達(dá)50億元,。如果電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)能夠預(yù)見市場趨勢，提前布局硅碳負(fù)極材料,，做好技術(shù)儲備,，必能搶占新能源發(fā)展的先機(jī)。