中國粉體網(wǎng)訊 隨著鋰電池技術(shù)的不斷進步,，石墨負(fù)極材料的容量已接近其極限，而理論容量是石墨近十倍的硅基材料正成為下一代負(fù)極材料的熱門選擇,。
硅基負(fù)極材料的優(yōu)勢
①硅儲量豐富,，獲取成本相對較低,；
②硅在鋰離子嵌入后會形成高含鋰合金,，并在各個方向給鋰離子提供嵌入和脫出的通道,，可提升電池快充性能,；
③工作電位略高于石墨,，緩解了析鋰難題,。
硅基負(fù)極材料的商業(yè)化面臨的主要難點
①硅的本征電導(dǎo)率較低，大功率放電性能差,；
②充放電過程中,，硅基負(fù)極材料會發(fā)生各向異性的膨脹和收縮，硅嵌鋰體積膨脹率超300%,，較大的體積變化導(dǎo)致材料粉化嚴(yán)重,、表面活性材料剝落、集流體接觸不良,，嚴(yán)重影響電池性能,，并且硅表面形成的SEI膜不穩(wěn)定，導(dǎo)致電解液持續(xù)消耗,，電池庫侖效率較低,。
為了解決硅基負(fù)極材料在鋰離子電池應(yīng)用中的缺陷，研究人員提出了多種技術(shù)路線,，包括納米化技術(shù),、復(fù)合材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計,、表面改性,、電解液優(yōu)化、預(yù)鋰化,、多孔硅和合金硅等,。這些技術(shù)路線涵蓋了從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各個階段，通過納米化和復(fù)合材料技術(shù)緩解體積膨脹問題,，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面改性提高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,，并通過優(yōu)化電解液體系來增強電池的整體性能。預(yù)鋰化技術(shù)可以提高初始庫倫效率,，多孔硅結(jié)構(gòu)有助于緩解體積變化,，而合金硅則能提供更高的容量和穩(wěn)定性。綜合應(yīng)用這些技術(shù)路線,，有望實現(xiàn)高性能,、長壽命和低成本的硅基負(fù)極材料，推動其在實際應(yīng)用中的廣泛普及,。目前硅碳材料和硅氧材料是硅基負(fù)極的兩條主要技術(shù)路線,。
硅碳負(fù)極材料是通過將納米級硅與碳材料相結(jié)合來制備的,，旨在解決硅基負(fù)極材料在充放電過程中體積顯著變化和導(dǎo)電性不佳的問題。通常選用的碳材料包括石墨,、碳納米管或石墨烯等,。通過減小硅基材料的粒徑至納米尺度，增加了空隙,，從而有效緩解硅在鋰離子嵌入和脫出過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和形變,。此外，納米硅顆粒表面覆蓋一層碳層,，這層碳層不僅保護硅免受電解液的直接作用,，還能抑制固體電解質(zhì)界面(SEI)膜的過度生長。碳材料的引入還帶來了出色的導(dǎo)電性,，它能在硅的表面形成一個連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，從而降低電池的內(nèi)部電阻。更重要的是,，碳材料的機械強度較高,，能夠進一步吸收硅體積膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，保持電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性,。
硅氧負(fù)極通常采用化學(xué)氣相沉積CVD將2-10nm的硅碳顆粒均勻分布在SiO2基質(zhì)中,，形成硅氧復(fù)合材料。硅氧化物在充放電過程中會形成多孔結(jié)構(gòu),，有助于緩解體積膨脹,。盡管相比于硅碳負(fù)極，硅氧負(fù)極的體積膨脹問題得到了較好的緩解,，但硅氧化物（SiOx）在首次充電過程中會發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng),，生成鋰硅氧化物（LixSiOy）和其他副產(chǎn)物。這些不可逆反應(yīng)會消耗部分鋰離子,，導(dǎo)致首次充電容量高于首次放電容量,，從而降低首效，影響電池的實際容量,，業(yè)界通常采用預(yù)鋰化工藝來提前補償首次充電過程中消耗的鋰離子,，以此提升首效，但是目前工藝還不成熟,，成本較高。
盡管硅基負(fù)極材料尚未完全成熟,，但其巨大的發(fā)展?jié)摿σ盐舜罅抠Y本涌入,。今年8月份，深圳索理德新材料科技有限公司（簡稱：索理德新材料）宣布完成數(shù)億元A輪融資,，投資方包括三峽綠色產(chǎn)業(yè)基金,、興湘資本等,。索理德新材料的硅基產(chǎn)品包括硅碳、硅氧全系列硅基負(fù)極業(yè)務(wù),，并已經(jīng)實現(xiàn)批量出貨,，硅碳負(fù)極利用行業(yè)首創(chuàng)技術(shù)解決了硅材料膨脹大、穩(wěn)定性差的應(yīng)用難題,，為大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),。
2024年10月29-31日在上海跨國采購會展中心,，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)研討會暨第三屆先進負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇,。屆時來自深圳索理德新材料科技有限公司CTO王預(yù)將作題為《硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀》的報告。
專家簡介：
王預(yù),，現(xiàn)任深圳索理德新材料科技有限公司CTO,。是法國國家科學(xué)院，材料物理化學(xué)博士,。獲得深圳孔雀計劃人才,，曾就職于華為、法國標(biāo)志雪鐵龍集團,、Arcelor Mittal Group,。
參考來源：
曹東學(xué).鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
付舉等.鋰離子電池硅基負(fù)極膨脹機理及改性研究進展
鋰電亮點:硅基負(fù)極.疆亙資本
索理德新材料
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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