中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池自20世紀(jì)70年代問世以來發(fā)展迅速，目前已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、交通工具、儲(chǔ)能電站及航空航天等領(lǐng)域。將高穩(wěn)定性的碳材料與高容量的硅材料進(jìn)行復(fù)合，不僅可以給鋰離子提供更加快捷的傳輸通道，而且可以有效地抑制整體體積膨脹，從而保持電極的完整性，提高電池循環(huán)穩(wěn)定性。

納米硅

當(dāng)硅材料尺寸小于150nm時(shí)，鋰離子嵌入導(dǎo)致的體積膨脹所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不足以驅(qū)動(dòng)裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，此時(shí)硅材料不會(huì)發(fā)生破碎和粉化。因此，應(yīng)用于硅碳負(fù)極的硅材料至少在一個(gè)維度上要低于150nm，以此為基體制得硅碳負(fù)極材料，可以有效解決硅在嵌脫鋰過程中的體積膨脹并具有比較理想的嵌鋰容量。所以，硅的納米化制備成為鋰離子電池硅基負(fù)極材料的一個(gè)主要研究方向。

納米硅粉的可控和規(guī)模化制備為后續(xù)實(shí)現(xiàn)以納米硅為基構(gòu)筑復(fù)合、穩(wěn)定和高導(dǎo)電性的鋰離子電池硅碳負(fù)極材料提供了保證。

目前納米硅粉的制備主要采用自上而下和自下而上的2種方法。前者是利用物理的方法使塊狀硅原料從大到小不斷地破碎達(dá)到需求的尺寸，后者是利用物理或者化學(xué)的方法對(duì)硅源材料進(jìn)行分解或者裂解，通過沉積的方法獲得所需尺寸的納米硅顆粒。研究較多的主要有化學(xué)氣相沉積法、等離子蒸發(fā)冷凝法和機(jī)械研磨法。

美國(guó)、日本等國(guó)家的企業(yè)對(duì)納米硅粉的研究起步較早，日本帝人、美國(guó)杜邦等企業(yè)均可以用等離子蒸發(fā)冷凝法進(jìn)行納米硅粉的制備。

我國(guó)對(duì)納米硅粉研制起步較晚，由于制備工藝水平限制以及成本問題，大多數(shù)廠家還是以機(jī)械研磨法為主，生產(chǎn)出來的納米硅粉與國(guó)外等離子蒸發(fā)冷凝法制備的產(chǎn)品還是有差距。如何有效控制納米硅粉的形貌和粒徑，如何降低成本，實(shí)現(xiàn)納米硅粉的大規(guī)模生產(chǎn)，還是行業(yè)內(nèi)需要一直探索的問題。

硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

相比傳統(tǒng)石墨，硅碳負(fù)極材料在容量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)鋰離子電池能量密度的要求不斷提高以及電池廠商對(duì)于高鎳體系掌握的逐步成熟，硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用已逐步展開。

硅基材料應(yīng)用于新一代負(fù)極已經(jīng)形成共識(shí)，硅基負(fù)極應(yīng)用車企在今年已明顯提速。除較早應(yīng)用硅基負(fù)極的特斯拉以外，包括蔚來、智己和廣汽埃安在電池技術(shù)上均涉及硅負(fù)極。在寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、星恒電源、比克、億緯鋰能等電池廠商高比容量電池方案中，硅碳負(fù)極被明確列為發(fā)展方向。

據(jù)行業(yè)專家反饋當(dāng)前2023年摻硅負(fù)極電池市占率不足3%，預(yù)計(jì)年內(nèi)能達(dá)到5%。從新能源汽車的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，在動(dòng)力鋰電池追求高能量密度和低成本的趨勢(shì)下，硅碳負(fù)極優(yōu)勢(shì)明顯。相信隨著硅碳負(fù)極制備工藝的不斷完善和產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的逐步成熟，硅碳負(fù)極材料將迎來更為廣闊的市場(chǎng)。

針對(duì)各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國(guó)粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時(shí)，天津師范大學(xué)研究員張波將作題為《硅碳負(fù)極中納米硅的研究進(jìn)展》的報(bào)告。報(bào)告將系統(tǒng)介紹硅碳負(fù)極的研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)現(xiàn)狀，并對(duì)硅碳負(fù)極材料中納米硅的發(fā)展進(jìn)行較詳細(xì)的闡述，通過對(duì)硅碳負(fù)極的不同工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，并對(duì)硅碳負(fù)極材料的未來發(fā)展進(jìn)行展望。

專家簡(jiǎn)介：

張波，男，47歲，博士，研究員。2010年博士畢業(yè)于南開大學(xué)新能源材料化學(xué)研究所，一直進(jìn)行鋰電負(fù)極材料的研究和產(chǎn)業(yè)化工作。曾經(jīng)在天津渤海化工集團(tuán)從事導(dǎo)電炭黑研發(fā)、在中海油主持完成了鋰離子電池負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，項(xiàng)目金額近千萬元。國(guó)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI收錄論文多篇，被引用近八百余次。2014年進(jìn)入天津師范大學(xué)能源材料工程中心后開始硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，并先后主持進(jìn)行了多項(xiàng)關(guān)于鋰離子電池負(fù)極材料的校企橫向課題的研究工作。2015年獲得天津市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。主要研究方向?yàn)橹虚g相炭微球、硅碳負(fù)極材料、快充石墨負(fù)極、低溫負(fù)極材料以及天然石墨負(fù)極等課題的研究。

參考來源：

張佃平等. 納米硅的定向生長(zhǎng)制備及在鋰電池中的應(yīng)用研究

范亞昆等. 熱等離子體法制備球形納米硅粉

郝浩博等. 鋰離子電池硅基負(fù)極材料研究與進(jìn)展

硅碳負(fù)極行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討.跬步智千里

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）

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