中國(guó)粉體網(wǎng)訊 作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一,，負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的最終性能起著至關(guān)重要的作用。隨著新能源汽車的發(fā)展,，在動(dòng)力鋰離子電池追求高能量密度和低成本的趨勢(shì)下,，市場(chǎng)對(duì)負(fù)極材料性能提出了更高的要求。以硅基負(fù)極、金屬鋰負(fù)極,、金屬氧化物負(fù)極等為代表的新型負(fù)極材料的研發(fā)正在如火如荼地進(jìn)行,，同時(shí)這也反映了未來(lái)負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化的新趨勢(shì)。2023年10月25日到26日,，第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇在廣東東莞隆重召開,，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家學(xué)者做客對(duì)話欄目,，進(jìn)行訪談交流,。本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)天津師范大學(xué)張波研究員的專訪。
中國(guó)粉體網(wǎng)：張老師,，據(jù)了解您是很早就開始從事硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作的,，那么對(duì)于目前的國(guó)內(nèi)硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的現(xiàn)狀您是如何評(píng)價(jià)？它未來(lái)的前景您是如何看待,？
張研究員：硅碳負(fù)極是一種高容量的材料,，開發(fā)得很早，那么為什么開發(fā)它呢,？是因?yàn)闊o(wú)論對(duì)于3C類電池,，還是動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，高容量是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì),，而電池的高容量取決于高容量電極材料的開發(fā),。
硅碳負(fù)極包括硅氧碳和硅碳兩種，硅氧碳在十年前就已經(jīng)開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)了,，最近兩年硅碳的開發(fā)才逐漸受到大家的重視,。那么為什么要進(jìn)行硅碳的開發(fā)呢？是因?yàn)楣柩跆急旧淼难h(huán)很好但是首效很低,，需要進(jìn)行預(yù)鋰化處理,、氣相碳包覆等，所以它整體的成本比較高,。如果我們采用純的硅和碳進(jìn)復(fù)合,，就不需要進(jìn)行預(yù)鋰化處理，那么它的成本就會(huì)下降,。并且硅氧碳在一些性能上,，存在不能滿足要求的地方，所以這也是進(jìn)行硅碳開發(fā)的一個(gè)原因,。
硅碳開發(fā)面臨的問(wèn)題主要是納米化,，無(wú)論是砂磨法還是硅烷沉積都有很多的技術(shù)難題去解決。
對(duì)于未來(lái)的前景,，硅碳負(fù)極的前景非常不錯(cuò),，目前隨著中國(guó)動(dòng)力電池的發(fā)展，這種高容量材料的市場(chǎng)份額肯定會(huì)越來(lái)越大,，隨著硅碳技術(shù)的進(jìn)步,，它的市場(chǎng)需求也逐步地呈現(xiàn)一個(gè)爆發(fā)性的增長(zhǎng),。
中國(guó)粉體網(wǎng)：硅碳負(fù)極材料的主要原料是硅粉和碳粉這兩種材料嗎？
張研究員：在這里不談硅氧,，只談硅碳,，硅碳負(fù)極的制備基本上是有兩種主流的路線。一種路線是用硅粉做成納米硅粉,，和碳做復(fù)合,，然后再摻混石墨。另外一種路線是硅烷沉積,，也是現(xiàn)在比較火熱的一種技術(shù),，它與硅的納米化和碳包覆工藝路線不同，而是直接將硅烷沉積到多孔碳的孔隙中,，通過(guò)氣相沉積法直接生成納米硅,，然后再進(jìn)行碳包覆。
這兩種路線,，它們的原料是不一樣的,。硅粉的納米化，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較低的,，目前面臨的技術(shù)挑戰(zhàn),，一是納米尺度要做得非常小，二是納米化以后要解決它的分散問(wèn)題,，并且碳包覆也是一個(gè)很大的技術(shù)難題,。
硅烷沉積的技術(shù)難題相對(duì)來(lái)說(shuō)更大，一個(gè)是硅烷本身是一種特種氣體,，是一種高毒性,、高爆炸性的氣體，所以在產(chǎn)業(yè)化尤其是規(guī)�,；a(chǎn)的時(shí)候,，需要面臨一些特種設(shè)備選型的問(wèn)題，包括安全性等問(wèn)題,。另一個(gè)難題是硅烷要沉積到多孔碳中,，首先多孔碳的制備本身就具有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)性，其次硅烷是一種價(jià)格比較高的材料,，并且多孔碳的價(jià)格一般也比較高，兩種材料復(fù)合后降本空間就非常小,，所以成本控制也是比較大的問(wèn)題,，這也是它面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。
中國(guó)粉體網(wǎng)：您剛才提到硅碳材料的原料之一是納米硅粉,，它的制備方法常用的有哪些,？
張研究員：現(xiàn)在用砂磨法比較多,，但是純的砂磨法有一定的限制，能夠做到100nm以下,，甚至50nm左右,，再往下就很難降低了，所以納米硅粉的制備,，在純的砂磨法基礎(chǔ)上還要結(jié)合其他的方法再進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn),。
中國(guó)粉體網(wǎng)：您剛才提到砂磨法的限制，是否和砂磨機(jī)設(shè)備相關(guān),？
張研究員：設(shè)備是一方面,，砂磨機(jī)廠家是很多的，我以前是在企業(yè)做一些產(chǎn)業(yè)化的工作,，后來(lái)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室做一些研究,，在實(shí)驗(yàn)室有一些設(shè)備是好實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的。但是,，在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中要解決的問(wèn)題完全不一樣,，工業(yè)化生產(chǎn)中要解決一些工程化的問(wèn)題，比如說(shuō)它的一些傳質(zhì)問(wèn)題,、傳熱問(wèn)題和放大問(wèn)題,，所以設(shè)備的確非常重要。首先要確定工藝,，在工藝方向確定以后再去解決設(shè)備的問(wèn)題,，單純的靠設(shè)備去解決砂磨法的限制也是有一定局限性的。
中國(guó)粉體網(wǎng)：目前您團(tuán)隊(duì)在硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中面臨的最大的難題,，需要攻克的難題是什么,？
張研究員：我們做純的硅碳材料比較早，2014年就開始做,，當(dāng)時(shí)我判斷未來(lái)高容量化是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),，應(yīng)該說(shuō)我們是在國(guó)內(nèi)做的比較早的硅碳產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)，不是指的做基礎(chǔ)研究,，而是產(chǎn)業(yè)化開發(fā)比較早,。
我們當(dāng)時(shí)對(duì)設(shè)備、工藝做了非常多的探索工作,，做到現(xiàn)在,，我們進(jìn)行了很多的技術(shù)積累，解決了很多的技術(shù)難題：解決了一些工程化的放大問(wèn)題,；解決了目前納米硅的一個(gè)尺度問(wèn)題,，可以做到50nm米以下；解決了納米硅的分散性問(wèn)題,；也解決了行業(yè)內(nèi)大家面臨的碳包覆問(wèn)題,。
在做到納米化以后碳包覆技術(shù)的挑戰(zhàn)性就會(huì)非常大,，目前這個(gè)工作我們也在一直進(jìn)行優(yōu)化。
下一步,，首先做研發(fā)及產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程是沒(méi)有終點(diǎn)的,，我們要把產(chǎn)品的性能持續(xù)提升。其次,，產(chǎn)品的成本要繼續(xù)降低,，做產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和學(xué)術(shù)研究不一樣，一定要考慮性能和成本,，不考慮成本,，產(chǎn)品做得再好卻沒(méi)有市場(chǎng)客戶，是沒(méi)有意義的,。
我們現(xiàn)在做的,，一個(gè)是利用現(xiàn)有的研磨工藝結(jié)合一些改性方法把尺度進(jìn)一步降低，在保持低成本的前提下,，看看未來(lái)能不能達(dá)到和硅烷沉積同樣的水平,，這是我們一直在努力的目標(biāo)。
當(dāng)然,，單純依靠目前的技術(shù)進(jìn)行硅納米化,，再去做碳復(fù)合，很難做到10nm以下或5nm以下,。對(duì)于硅烷沉積工藝,，我們有多孔碳的技術(shù)，在前些年為了取代日本的超級(jí)活性炭,，我們做了一些產(chǎn)業(yè)化開發(fā),，所以我們可以調(diào)控碳的孔結(jié)構(gòu)，也可以控制它的成本,。當(dāng)然我們也有多年石墨負(fù)極的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),，依托這些優(yōu)勢(shì)，我們現(xiàn)在也在尋求硅烷廠家進(jìn)行硅烷沉積工藝的開發(fā),。硅碳材料的這兩條工藝路線和目前的一些產(chǎn)品有些類似,，比如天然石墨和人造石墨，在中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng),，天然石墨市場(chǎng)范圍一直在降級(jí),，劉洪波老師在報(bào)告中講到目前已經(jīng)降到20%以下，甚至到了15%,，人造石墨市場(chǎng)范圍越來(lái)越大,。但是天然石墨不需要石墨化，所以它具有天然的低成本優(yōu)勢(shì)，日韓在10年前也把天然石墨用在動(dòng)力電池領(lǐng)域,，天然石墨這種低成本的材料，其性能劣勢(shì)是可以通過(guò)技術(shù)手段解決的,，所以,，這種低成本的材料是有未來(lái)潛力的。
我覺(jué)得納米硅的技術(shù)路線和硅烷沉積的技術(shù)路線是兩個(gè)平行的路線,，主要看未來(lái)誰(shuí)的成本更低,，誰(shuí)的性能更好，所以它們是一個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系,。
中國(guó)粉體網(wǎng)：張老師您在產(chǎn)學(xué)研合作以及成果轉(zhuǎn)化方面進(jìn)展情況能給我們介紹一下嗎,？
張研究員：因?yàn)槲沂菑钠髽I(yè)回到高校，所以我的目標(biāo)是想把科研項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)室最終做到產(chǎn)業(yè)化,，從實(shí)驗(yàn)室能夠走向市場(chǎng),，我們?cè)趯⒔昀镆彩且恢痹谧鲞@個(gè)事情。
當(dāng)然中間經(jīng)歷了很多困難,，尤其是前幾年經(jīng)歷了疫情,，所以非常困難。疫情之后,，我們進(jìn)展很快,，納米硅項(xiàng)目、硅碳項(xiàng)目現(xiàn)已獲得了海外的投資,，大約1600萬(wàn)的投資,；專利技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了將近1000萬(wàn)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓；我們的廠房也已經(jīng)確定,，目前正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化建設(shè),，一切都已步入正軌。
一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化,，面臨的困難會(huì)非常多,，但是我們已經(jīng)成功的邁出了第一步，而且基于我們近十年的技術(shù)積累,，以及與資本方,、公司運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，我們有十足的信心將納米硅和硅碳材料的產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng),。
（中國(guó)粉體網(wǎng)采訪/平安,、編輯/蘇簡(jiǎn)；經(jīng)張研究員審閱）
