【會議報(bào)告】全固態(tài)電池硅基負(fù)極的開發(fā)思考

作為下一代動力電池的重要技術(shù)路線，全固態(tài)電池正面臨產(chǎn)業(yè)化發(fā)展難點(diǎn)和日益激烈的國際競爭，如何破解難題，是中國鋰電池產(chǎn)業(yè)、乃至中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)領(lǐng)先全球的關(guān)鍵。其中，在固態(tài)電池負(fù)極材料的選擇上，硅基負(fù)極材料因具有比容量高、原料價(jià)格低廉及環(huán)境友好等優(yōu)勢，被視為固態(tài)電池中最有前景的負(fù)極材料之一。

硅體積膨脹導(dǎo)致電接觸性能的喪失是容量衰減的重要原因，改善硅基材料負(fù)極特性的關(guān)鍵是保證材料在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及硅材料與集流體之間的良好電接觸。針對硅基負(fù)極材料的難題，主要應(yīng)對措施有：

①減小硅材料的尺寸，將硅顆粒的尺寸從微米降到納米，可以緩解硅材料在體積膨脹時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，防止硅材料粉化、破碎；

②通過改變硅材料的表面形貌，進(jìn)而緩解硅材料在體積膨脹時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力集中，如制備具有納米孔結(jié)構(gòu)的硅材料； 

③硅材料表面的包覆，通過表面包覆可以減少硅與電解質(zhì)的直接接觸，防止在硅材料體積膨脹過程中在表面形成過厚的SEI，減少不可逆的Li+的消耗，同時(shí)起到抑制硅體積膨脹的作用； 

④形成混合電極材料，通過引入高強(qiáng)度材料如TiO2以構(gòu)建局部機(jī)械性能穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)； 

⑤界面工程，構(gòu)建穩(wěn)定的人工SEI。選用合適的材料作為人工 SEI可以有效提高負(fù)極材料的循環(huán)性能和初始庫倫效率；

⑥從整個(gè)電極的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)出發(fā)，進(jìn)行改進(jìn)； 

⑦新型粘結(jié)劑的設(shè)計(jì)，通過新型粘結(jié)劑以增加硅顆粒之間的結(jié)合，保證電極結(jié)構(gòu)的完整性，同時(shí)可以采用一些具有電子傳輸性能和離子傳輸性能的聚合物來提高電子和離子導(dǎo)電率，從而提高硅電極的容量和性能。

另外，固態(tài)電解質(zhì)的高機(jī)械強(qiáng)度有利于緩解高容量硅/鋰負(fù)極材料的體積膨脹，形成穩(wěn)定的SEI層，保持界面穩(wěn)定。研究學(xué)者不斷探索硅負(fù)極在固態(tài)電池中的應(yīng)用，硅基負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)合使鋰離子電池的能量密度達(dá)到一個(gè)新的高度。

針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況，中國粉體網(wǎng)將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)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，開展產(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)，中南大學(xué)周向陽教授將作題為《全固態(tài)電池硅基負(fù)極的開發(fā)思考》的報(bào)告。

報(bào)告將從固態(tài)電池所需負(fù)極的性能分析入手，簡述目前硅基負(fù)極面臨的挑戰(zhàn)；全面分析目前硅基負(fù)極制備技術(shù)的優(yōu)劣后，提出固態(tài)電池用硅負(fù)極的未來開發(fā)方向，同時(shí)分享報(bào)告人團(tuán)隊(duì)正在開展的固態(tài)電池硅基負(fù)極方向研究。報(bào)告由固態(tài)電池開發(fā)現(xiàn)狀、硅負(fù)極發(fā)展所面臨挑戰(zhàn)、硅基負(fù)極制備技術(shù)研究進(jìn)展以及固態(tài)電池用硅基負(fù)極的開發(fā)思考四部分構(gòu)成。報(bào)告對固態(tài)電池硅負(fù)極研究有較大指導(dǎo)意義。

專家簡介：

周向陽，中南大學(xué)二級教授，博士生導(dǎo)師。近年來一直圍繞石墨精深加工、鋰/鈉離子電池/固態(tài)電池負(fù)極材料低成本制備、廢舊電池回收以及碳酸鋰提取等方面開展研究，突破了高倍率/高容量負(fù)極、長循環(huán)負(fù)極、超低溫負(fù)極、高性價(jià)比負(fù)極材料、廢舊電池高效清潔回收/修復(fù)以及鋰渣無害化與資源化等方面的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)表高水平論文100余篇，獲國家授權(quán)發(fā)明專利100余項(xiàng)，其中18項(xiàng)實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化；獲省部級科技發(fā)明/科技進(jìn)步一等獎3項(xiàng)，省部級技術(shù)進(jìn)步/發(fā)明二等獎4項(xiàng)。

信息來源：

鄒幽蘭，周向陽等.鋰離子電池硅基負(fù)極改性研究新進(jìn)展

硅基負(fù)極材料在固態(tài)電池中的應(yīng)用.粉體網(wǎng)

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