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。2023年2月9-10日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”于山東青島隆重召開。會(huì)議期間，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，我們邀請(qǐng)到業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、優(yōu)秀企業(yè)代表做客“對(duì)話”欄目，進(jìn)行訪談交流。

前言：在石墨負(fù)極材料的比容量已接近理論比容量極限的背景下，硅基負(fù)極作為下一代新能源車動(dòng)力電池能量密度提升的關(guān)鍵材料，成為是研發(fā)和關(guān)注的焦點(diǎn)。

硅碳負(fù)極采用納米硅和石墨材料混合，目前商業(yè)化硅碳負(fù)極容量在450mAh/g以下，一般用于消費(fèi)電池。但硅碳負(fù)極的體積膨脹嚴(yán)重，導(dǎo)致循環(huán)性能較差，一般在500-600周，達(dá)不到國(guó)際規(guī)定動(dòng)力電池循環(huán)1000周的標(biāo)準(zhǔn)。一般從２個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行材料改性：一方面是對(duì)硅單質(zhì)體系的改性，如使用納米硅和硅薄膜等；另一方面是對(duì)硅碳基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)改性，如核-殼結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)等。

為了深入了解硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化難題，中國(guó)粉體網(wǎng)邀請(qǐng)到了天津師范大學(xué)張波研究員做客“對(duì)話”訪談欄目。

張波，博士，天津師范大學(xué)校聘研究員。天津市工程專業(yè)學(xué)位優(yōu)秀指導(dǎo)教師，中國(guó)化學(xué)與物理電源協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員。

研究方向：鋰硫電池；中間相炭微球、人造石墨等負(fù)極材料及相關(guān)石油焦、包覆瀝青的工業(yè)應(yīng)用；硅碳、錫碳、軟碳等新型負(fù)極材料及超級(jí)活性碳的工業(yè)應(yīng)用。

粉體網(wǎng)：請(qǐng)您先簡(jiǎn)單介紹一下您課題組在硅碳負(fù)極方面的科研工作？

張波研究員：我之前在企業(yè)工作，2014年回到了天津師范大學(xué)能源與材料工程中心。當(dāng)時(shí)我們比較看好硅碳負(fù)極這種高能量的材料，就開始做這個(gè)項(xiàng)目。目的是想實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化，而不是說(shuō)簡(jiǎn)單的發(fā)幾篇文章。

2014年開始我們圍繞硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化做了很多的工作，包括它的納米化、分散性、包覆問(wèn)題，包括它與石墨的覆合，都是圍繞著硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)去解決。到目前為止，圍繞硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化的研究工作已經(jīng)將近了9年了，現(xiàn)在也在進(jìn)行中試開發(fā)，準(zhǔn)備把它最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

粉體網(wǎng)：硅基負(fù)極材料的開發(fā)基于目前的石墨負(fù)極材料，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化，比如說(shuō)改導(dǎo)電劑，改電解液，您覺(jué)得二者在工藝上最大的區(qū)別在哪？

張波研究員：從單純硅碳負(fù)極的角度，它與石墨負(fù)極在工藝上的區(qū)別很大。石墨負(fù)極是微米級(jí)顆粒，它用瀝青進(jìn)行包覆；而硅碳負(fù)極的硅材料一般要求其納米化，而且要與微米級(jí)的材料進(jìn)行復(fù)合，這個(gè)在工業(yè)生產(chǎn)上技術(shù)難度很大。因?yàn)?a href="http://www.bgmic.com/zc/160.html" target="_blank" style="color:#0000ff">納米材料的活性很高，非常容易團(tuán)聚，如果解決不好團(tuán)聚的問(wèn)題，在材料納米化之后又會(huì)重新團(tuán)聚，這就失去了納米化的意義。

所以，硅碳負(fù)極相對(duì)于石墨負(fù)極，生產(chǎn)難度更大。

粉體網(wǎng)：您是如何看待硅氧/碳負(fù)極的？

張波研究員：目前，業(yè)內(nèi)認(rèn)為硅氧/碳負(fù)極是一個(gè)相對(duì)成熟的技術(shù)。硅氧本身的循環(huán)性能比硅碳要好，經(jīng)過(guò)碳包覆，再經(jīng)過(guò)與石墨的混合，在循環(huán)與膨脹方面是可以達(dá)到客戶的使用要求的。

但是，硅氧的原料比較貴，比我們目前用的原料硅的價(jià)格要貴一個(gè)數(shù)量級(jí)；另外，硅氧負(fù)極的首效低，還要進(jìn)行預(yù)鋰化，預(yù)鋰化則需要用到預(yù)鋰試劑，而目前鋰鹽的價(jià)格比較高，這就造成了硅氧負(fù)極價(jià)格的進(jìn)一步升高；再者，硅氧雖然說(shuō)循環(huán)性能較好，由于其反應(yīng)生成硅酸鋰，可以抑制它的膨脹，對(duì)其循環(huán)性能有所幫助。但是反過(guò)來(lái)，這對(duì)于硅氧負(fù)極的電化學(xué)性能，比如說(shuō)它的高低溫性能、倍率性能有所影響；最后，由于硅氧反應(yīng)生成硅酸鋰，造成它的整體能量密度較低。

所以，為了追求高容量、低成本的材料，硅碳負(fù)極是一個(gè)很好的選擇。

粉體網(wǎng)：硅碳負(fù)極匹配的電解液與石墨負(fù)極最大的區(qū)別在哪？

張波研究員：很多報(bào)告里面都在講，硅碳負(fù)極的電解液需要添加不同的添加劑。不過(guò)在我看來(lái)，這只是一種輔助的手段，重點(diǎn)還是要把硅碳復(fù)合材料做好，硅要包覆完全，這個(gè)時(shí)候，電解液可以不需要添加劑。除非是硅碳復(fù)合材料沒(méi)有做好，硅沒(méi)有包覆好，這個(gè)時(shí)候需要在電解液添加劑上面做文章，以彌補(bǔ)硅碳復(fù)合材料本身的缺陷，包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等輔材的使用。

實(shí)際上如果硅碳復(fù)合材料本身做的很好，后面相應(yīng)的輔材可以用的很少甚至不用。

粉體網(wǎng)：硅一新能源是您及課題組的硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化落地項(xiàng)目嗎？

張波研究員：是的，這是我們自己注冊(cè)的一個(gè)公司，我們通過(guò)這個(gè)公司在推廣硅基負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化，包括硅碳和硅氧。

粉體網(wǎng)：也有在做硅氧？

張波研究員：硅氧也有在做，不過(guò)我們的硅氧路線區(qū)別于目前的CVD包覆，它是一條新的路線，成本更低，性能更好。

粉體網(wǎng)：你們的氧化亞硅是自己做的還是外購(gòu)的？

張波研究員：買的國(guó)產(chǎn)的，我們是買的10μm的顆粒的一氧化硅，回來(lái)以后加工，然后再包覆。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）

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