硅基負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用

隨著新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能等市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，鋰電池及負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模和技術(shù)水平持續(xù)提升，目前，商用石墨負(fù)極材料比容量逼近石墨材料的理論比容量，硅基負(fù)極材料商業(yè)化應(yīng)用得到進(jìn)一步提速。

硅基負(fù)極材料以其極高的理論比容量成為鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)。硅負(fù)極材料的理論比容量遠(yuǎn)高于商業(yè)石墨負(fù)極材料，且工作電壓適中，這使得硅基負(fù)極材料在提升電池能量密度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，硅在充放電過(guò)程中的體積膨脹和收縮過(guò)大，導(dǎo)致材料開(kāi)裂、破碎，以及SEI膜的持續(xù)增厚，嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

為了解決硅基負(fù)極材料在鋰離子電池應(yīng)用中的缺陷，研究人員提出了多種技術(shù)路線，包括納米化技術(shù)、復(fù)合材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面改性、電解液優(yōu)化、預(yù)鋰化、多孔硅和合金硅等。

這些技術(shù)路線涵蓋了從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各個(gè)階段，通過(guò)納米化和復(fù)合材料技術(shù)緩解體積膨脹問(wèn)題，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面改性提高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，并通過(guò)優(yōu)化電解液體系來(lái)增強(qiáng)電池的整體性能。預(yù)鋰化技術(shù)可以提高初始庫(kù)倫效率，多孔硅結(jié)構(gòu)有助于緩解體積變化，而合金硅則能提供更高的容量和穩(wěn)定性。綜合應(yīng)用這些技術(shù)路線，有望實(shí)現(xiàn)高性能、長(zhǎng)壽命和低成本的硅基負(fù)極材料，推動(dòng)其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛普及。

目前硅碳材料和硅氧材料是硅基負(fù)極的兩條主要技術(shù)路線。

其中，硅碳負(fù)極材料以較高的首次庫(kù)倫效率著稱(chēng)，但其循環(huán)壽命有待提高。通過(guò)實(shí)現(xiàn)硅材料的納米化，可以減少在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的膨脹和破碎問(wèn)題，從而進(jìn)一步增強(qiáng)其循環(huán)壽命。相對(duì)地，硅氧負(fù)極材料的主要優(yōu)點(diǎn)是其出色的循環(huán)穩(wěn)定性，盡管首效較低。然而，通過(guò)采用預(yù)鋰化等技術(shù)手段，可以有效提升其首效。

在商業(yè)化應(yīng)用方面，目前，硅基負(fù)極材料的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的主要有碳包覆氧化亞硅、納米硅碳、硅納米線和無(wú)定型硅合金。其中，碳包覆氧化亞硅和納米硅碳的商業(yè)化程度最高，它們通常以5%-10%的比例摻入石墨中使用。近年來(lái)，硅基負(fù)極材料正逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

在固態(tài)電池領(lǐng)域，硅基負(fù)極材料以高的理論能量密度、出色的快速充放電性能以及卓越的安全性能被認(rèn)為是固態(tài)電池負(fù)極材料的關(guān)鍵發(fā)展方向之一。

今年8月底，廣州鵬輝能源科技股份公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：鵬輝能源）發(fā)布了公司第一代固態(tài)電池，并展示了固態(tài)電池20Ah實(shí)物及內(nèi)部切面，固態(tài)電池在確保本質(zhì)安全基礎(chǔ)上，能量密度實(shí)現(xiàn)280Wh/kg，鵬輝能源表示，2025年，公司將在材料端搭配使用更高比例硅基負(fù)極，能量密度將達(dá)300Wh/kg以上。

2024年10月29-31日在上海跨國(guó)采購(gòu)會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)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(huì)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(shí)來(lái)自廣州鵬輝能源科技股份公司研究院副院長(zhǎng)張貴萍將作題為《硅基負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用》的報(bào)告。

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

張貴萍，廣州鵬輝能源科技股份公司研究院，博士學(xué)位，教授級(jí)高工，參與完成多項(xiàng)重大科技項(xiàng)目，參與完成多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定，研制的高能量密度鋰離子電池（330Wh/kg）和低成本鈉離子電池實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。申請(qǐng)了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利120多項(xiàng)，發(fā)表論文二十多篇。

參考來(lái)源：

王松杰等.硅基負(fù)極材料商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

鋰電亮點(diǎn)：硅基負(fù)極.疆亙資本

鵬輝能源官微

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