中國粉體網訊  當前商業化鋰離子電池負極材料主要為天然石墨和人造石墨，盡管制備技術已相當成熟，但石墨負極理論比容量只有372mAh/g，難以滿足市場對大容量鋰離子電池的需求。

由于硅具有較高的理論比容量（4200mAh/g）和較低的嵌鋰電位，在鋰電負極領域受到廣泛關注。但是硅材料作為鋰電負極時存在缺陷，即鋰嵌入脫出硅的晶胞時，會導致硅材料發生嚴重的體積變化，造成容量衰減迅速。研究發現，將硅與其他材料復合能夠有效緩解硅材料的體積效應，增長其循環壽命，其中，硅碳復合是具有良好應用前景的策略之一。硅碳復合材料中硅作為活性物質提供儲鋰容量；碳作為分散基體緩沖硅顆粒脫嵌鋰時的體積變化，保持電極結構的完整性，并維持電極內部電接觸。目前硅碳復合材料受到越來越多的重視。

用納米硅粉制備的硅碳復合材料具有良好的應用前景，但是納米硅粉的生產成本較高，這是制約硅碳負極材料實用化的主要障礙之一。目前，納米硅粉的制備方法主要包括機械球磨法、化學氣相沉積法、等離子蒸發冷凝法等。

①機械球磨法

機械球磨法是利用機械旋轉及粒子之間的相互作用產生的機械碾壓力和剪切力將尺寸較大的硅材料研磨成納米尺寸的粉末。該方法研磨過程需加入助磨劑，易引入雜質，產品純度較低，且顆粒為不規則形狀，粒徑分布不能有效控制，后處理比較繁瑣，生產效率偏低，并不適合進行大規模工業生產。

②化學氣相沉積法

化學氣相沉積法是一種以硅烷（SiH₄）為反應原料進行納米硅粉生產的技術。根據誘發SiH₄熱解的能量源不同，可分為等離子增強化學氣相沉積法（PECVD）、激光誘導化學氣相沉積法（LICVD）和流化床法（FBR），其中PECVD和LICVD是目前生產納米硅粉最主要的工業生產技術。

③等離子蒸發冷凝法

該方法是近10年來用于制造高純、超細、球形、高附加值粉體的一種安全高效的方法。通過等離子熱源將反應原料氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過快速冷凝技術，冷凝為固體粉末。等離子體的局部電子溫度（T_e）、離子溫度（T_i）以及氣體溫度（T_g）幾乎一致，可達10000K以上，非常適合制備與合成各類金屬納米粉體以及碳化物、氮化物納米粉體。該方法制備的納米硅粉純度高、粒度可控、生產效率高。

納米硅粉制備技術的提升，對于硅碳負極的實際應用有重要意義。針對負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于9月20-21日在青島舉辦2022先進負極材料技術與產業高峰論壇，旨在為負極材料產業鏈上中下游企業搭建深度交流的平臺，開展產、學、研合作，助推負極材料行業持續健康發展。屆時，中科院合肥物質科學研究院陳健研究員將作《合金法低成本制備納米硅碳負極材料技術》的報告。報告將會對合金法低成本制備納米硅碳負極材料技術進行介紹，主要內容如下：

該項目采用Al-Si合金法結合特殊的細化技術成功地制備了珊瑚狀、分枝的直徑為150nm左右的納米硅粉，用該硅粉制備的硅碳材料用于鋰電池負極，其容量獲得了大幅度的提升，同時材料的循環壽命，倍率和抗團聚性能得到顯著的提高，制備的硅碳負極材料在1mg/cm²的負載量、500mA/g電流密度下的循環1000圈，依然保留1000mAh/g的可逆比容量，顯著優于CVD方法制備納米硅粉制備的硅碳負極材料，具有大規模低成本生產的良好前景。

專家簡介：

陳健，中科院合肥物質科學研究院研究員、博士導師，中國科學院“百人計劃”入選者。1995年在中科院金屬所獲得博士學位，之后在加拿大、美國等多家科研機構從事科研工作。2011年回國到中科院合肥物質科學研究院擔任研究員，主要從事高純硅材料的制備與應用技術研究。研發的合金法制備硅碳材料用于鋰電池負極使其容量獲得了大幅度提升，同時材料的循環壽命、倍率性能也得到顯著的改善，具有大規模低成本生產的良好前景。在行業知名期刊上發表SCI論文100余篇，并申請發明專利20余項。

參考來源：

程振雷等.硅碳復合材料制備方法研究進展

張思源等.納米硅粉制備技術及發展前景展望

（中國粉體網編輯整理/文正）

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