中國(guó)粉體網(wǎng)訊  當(dāng)前商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料主要為天然石墨和人造石墨，盡管制備技術(shù)已相當(dāng)成熟，但石墨負(fù)極理論比容量只有372mAh/g，難以滿足市場(chǎng)對(duì)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(fù)極領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但是硅材料作為鋰電負(fù)極時(shí)存在缺陷，即鋰嵌入脫出硅的晶胞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致硅材料發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，造成容量衰減迅速。研究發(fā)現(xiàn)，將硅與其他材料復(fù)合能夠有效緩解硅材料的體積效應(yīng)，增長(zhǎng)其循環(huán)壽命，其中，硅碳復(fù)合是具有良好應(yīng)用前景的策略之一。硅碳復(fù)合材料中硅作為活性物質(zhì)提供儲(chǔ)鋰容量；碳作為分散基體緩沖硅顆粒脫嵌鋰時(shí)的體積變化，保持電極結(jié)構(gòu)的完整性，并維持電極內(nèi)部電接觸。目前硅碳復(fù)合材料受到越來(lái)越多的重視。

用納米硅粉制備的硅碳復(fù)合材料具有良好的應(yīng)用前景，但是納米硅粉的生產(chǎn)成本較高，這是制約硅碳負(fù)極材料實(shí)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(jī)械球磨法、化學(xué)氣相沉積法、等離子蒸發(fā)冷凝法等。

①機(jī)械球磨法

機(jī)械球磨法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)及粒子之間的相互作用產(chǎn)生的機(jī)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(guò)程需加入助磨劑，易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度較低，且顆粒為不規(guī)則形狀，粒徑分布不能有效控制，后處理比較繁瑣，生產(chǎn)效率偏低，并不適合進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

②化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是一種以硅烷（SiH₄）為反應(yīng)原料進(jìn)行納米硅粉生產(chǎn)的技術(shù)。根據(jù)誘發(fā)SiH₄熱解的能量源不同，可分為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法（LICVD）和流化床法（FBR），其中PECVD和LICVD是目前生產(chǎn)納米硅粉最主要的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

③等離子蒸發(fā)冷凝法

該方法是近10年來(lái)用于制造高純、超細(xì)、球形、高附加值粉體的一種安全高效的方法。通過(guò)等離子熱源將反應(yīng)原料氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)快速冷凝技術(shù)，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(dá)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(chǎn)效率高。

納米硅粉制備技術(shù)的提升，對(duì)于硅碳負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用有重要意義。針對(duì)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9月20-21日在青島舉辦2022先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇，旨在為負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推負(fù)極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。屆時(shí)，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院陳健研究員將作《合金法低成本制備納米硅碳負(fù)極材料技術(shù)》的報(bào)告。報(bào)告將會(huì)對(duì)合金法低成本制備納米硅碳負(fù)極材料技術(shù)進(jìn)行介紹，主要內(nèi)容如下：

該項(xiàng)目采用Al-Si合金法結(jié)合特殊的細(xì)化技術(shù)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(fù)極，其容量獲得了大幅度的提升，同時(shí)材料的循環(huán)壽命，倍率和抗團(tuán)聚性能得到顯著的提高，制備的硅碳負(fù)極材料在1mg/cm²的負(fù)載量、500mA/g電流密度下的循環(huán)1000圈，依然保留1000mAh/g的可逆比容量，顯著優(yōu)于CVD方法制備納米硅粉制備的硅碳負(fù)極材料，具有大規(guī)模低成本生產(chǎn)的良好前景。

專家簡(jiǎn)介：

陳健，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究員、博士導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者。1995年在中科院金屬所獲得博士學(xué)位，之后在加拿大、美國(guó)等多家科研機(jī)構(gòu)從事科研工作。2011年回國(guó)到中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院擔(dān)任研究員，主要從事高純硅材料的制備與應(yīng)用技術(shù)研究。研發(fā)的合金法制備硅碳材料用于鋰電池負(fù)極使其容量獲得了大幅度提升，同時(shí)材料的循環(huán)壽命、倍率性能也得到顯著的改善，具有大規(guī)模低成本生產(chǎn)的良好前景。在行業(yè)知名期刊上發(fā)表SCI論文100余篇，并申請(qǐng)發(fā)明專利20余項(xiàng)。

參考來(lái)源：

程振雷等.硅碳復(fù)合材料制備方法研究進(jìn)展

張思源等.納米硅粉制備技術(shù)及發(fā)展前景展望

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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