中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池負(fù)極材料主要分為碳材料和非碳材料兩大類，碳材料包括石墨類、無定形碳、納米碳等，非碳材料包括硅基負(fù)極、鈦酸鋰負(fù)極以及其他非碳負(fù)極。其中具有高能量密度的硅基負(fù)極材料被認(rèn)為是新一代鋰離子電池最具潛力負(fù)極材料之一。
硅基負(fù)極目前兩大技術(shù)路徑是硅碳復(fù)合材料和硅氧復(fù)合材料。
其中硅碳負(fù)極主要是通過減小硅的尺寸至納米級別進(jìn)而減小材料膨脹影響，而硅氧負(fù)極中的Si團(tuán)簇、SiO2團(tuán)簇及其氧化界面，可以在合金化反應(yīng)過程中起到緩沖體積膨脹的作用。硅碳的能量密度高但循環(huán)次數(shù)較少，主要應(yīng)用于3C數(shù)碼領(lǐng)域。硅氧能量密度相對較低，循環(huán)次數(shù)較多，因此動力電池領(lǐng)域主要應(yīng)用硅氧負(fù)極。
硅碳負(fù)極材料的制備方法有化學(xué)氣相沉積（CVD）法、機(jī)械球磨法、噴霧法、鎂熱還原法、溶膠-凝膠法以及熱解法等。在眾多硅碳負(fù)極材料制備方法中，因CVD制備的硅碳負(fù)極材料具有充放電效率高、循環(huán)穩(wěn)定性好、對設(shè)備要求較低、適合工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，受到了廣泛關(guān)注。
CVD氣相沉積硅所需生產(chǎn)流程短，設(shè)備少，理論成本低。從目前的性能測試結(jié)果看，CVD法多孔硅碳克容量、首效、循環(huán)次數(shù)、倍率等多個維度性能表現(xiàn)優(yōu)異；在生產(chǎn)方面，多孔硅碳硅基負(fù)極可減少預(yù)鋰、預(yù)鎂，相比于硅氧路線具有大幅降本的潛力。
而對于硅基負(fù)極材料的發(fā)展趨勢，SNE Research發(fā)布的《2024年鋰離子電池硅負(fù)極技術(shù)現(xiàn)狀與展望》報告顯示，隨著這一新型負(fù)極材料應(yīng)用從3C消費向動力電池領(lǐng)域拓展，2024年硅負(fù)極的市場滲透率也將突破長期以來1%的封印，步入上升軌道，市場規(guī)模將以39%的復(fù)合年增長率，一路飆升至2035年的660億美元，整體市場滲透率也將達(dá)到10%左右。
近年來，硅基負(fù)極研發(fā)已明顯提速，在新能源汽車領(lǐng)域，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。在寧德時代、國軒高科、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。
但是，在知識產(chǎn)權(quán)布局上，根據(jù)中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所評估，我國于硅合金、硅氧化物、電解液、粘結(jié)劑和集流體等領(lǐng)域又面臨著較高專利侵權(quán)風(fēng)險，這意味著硅負(fù)極材料產(chǎn)量高了鐵鋰電芯企業(yè)用不起，進(jìn)入海外市場還可能招惹專利侵權(quán)官司，更何況當(dāng)下的慘烈行情中，負(fù)極材料企業(yè)普遍利潤收窄，影響研發(fā)投入和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能建設(shè)，企業(yè)自身很難激發(fā)起堅決押注硅負(fù)極的決心。
2024年10月29-31日在上�？鐕少彆怪行�，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(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時來自天津師范大學(xué)的研究員張波將作題為《硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)》的報告。報告將系統(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，并對硅碳負(fù)極材料的兩條工藝路線的發(fā)展進(jìn)行比較詳細(xì)的闡述，最后對硅碳負(fù)極的不同工藝路線的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，對硅碳負(fù)極材料的未來發(fā)展進(jìn)行展望。
專家簡介：
張波，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)行相關(guān)鋰電負(fù)極材料的研究工作。曾經(jīng)在天津渤�；ぜ瘓F(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)化項目，項目金額近千萬元。國外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI收錄論文多篇，被引用近千余次。2014年以人才引進(jìn)方式進(jìn)入天津師范大學(xué)能源材料工程中心，就人造石墨負(fù)極材料、煤基負(fù)極、天然石墨負(fù)極材料與企業(yè)開展多項橫向課題合作研究，橫向經(jīng)費超過300萬，同時獲得硅碳負(fù)極材料專利授權(quán)9項，成功實現(xiàn)專利成果轉(zhuǎn)化900萬元，并獲得海外投資2億元，聯(lián)合創(chuàng)建江蘇貝嘉寧硅業(yè)有限公司，進(jìn)行項目的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。在Energy Environ. Sci., Electrochimica Acta, J Alloys and Compounds等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文多篇，被引次數(shù)達(dá)到千余次。2016 年獲得天津市自然科學(xué)二等獎，2019年2021年獲評天津市工程專業(yè)學(xué)位優(yōu)秀指導(dǎo)教師，2023年獲評天津師范大學(xué)師德先進(jìn)個人。
參考來源：
付祥南等.化學(xué)氣相沉積法制備硅碳復(fù)合負(fù)極材料的研究進(jìn)展
陳義等.鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的制備及其研究進(jìn)展
黃雨辰等. 鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的制備及其結(jié)構(gòu)設(shè)計研究進(jìn)展
負(fù)極材料“換代”？——CVD氣相沉積硅碳技術(shù).粉體網(wǎng)
硅基負(fù)極材料的行業(yè)概況及發(fā)展趨勢.粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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