納米硅與CVD硅碳材料，誰能實現產業化？——專訪天津師范大學張波研究員

近年來，高性能負極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點之一，硅基負極材料更是因其理論比容量遠超石墨負極，成為行業突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國粉體網主辦的第二屆硅基負極材料技術與產業高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇在安徽合肥舉辦。在此期間，中國粉體網采訪到了天津師范大學張波研究員，就硅基負極材料產業化等一系列問題進行了探討交流。

中國粉體網：張老師，您對石墨負極以及硅基負極都有深入研究，請您介紹一下這兩種負極材料的優缺點。

張老師：石墨負極已經商業化很多年，其性能比較穩定、成本較低，是一種非常好的材料。但是石墨負極也存在一些問題，就是整體的容量偏低，只有372mAh/g。而硅材料的理論容量是4200mAh/g，高于石墨材料將近10倍，所以引入硅基材料是很有必要的。

那么硅基材料怎么進入產業化呢？它的高容量也會帶來其他問題，比如說膨脹問題、循環問題，所以需要通過技術改進去提升性能，從而讓硅基負極實現產業化。

中國粉體網：張老師，硅基負極主要分為硅碳、硅氧兩個方向，請您介紹一下這兩個方向的研究進展情況。

張老師：硅氧材料，實際上最早是從日本信越化學引入的氧化亞硅。硅氧材料的內部是納米結構——納米硅和納米二氧化硅混排的結構，二氧化硅會生成硅酸鋰，從而緩解自身體積膨脹。硅氧材料的循環性能比較好，通過碳包覆就可以實現產業化，并且硅氧材料實現產業化已經十幾年。

硅碳材料目前主要分兩種路線，一種是采用砂磨工藝或者其他的物理法制備的納米硅，再進行碳包覆；另一種是目前比較火熱的，用氣相沉積法（CVD）硅烷沉積制備的硅碳材料。

從結構來說，CVD沉積硅碳材料的結構是最理想的，硅是5納米以下的材料結構。但是這種材料在產業化過程中會面臨很多問題，一是，硅烷是一種特殊的氣體，易燃易爆，它載體是多孔碳結構，非常復雜，硅烷本身以及其分解產生的副產物氫氣危險性都非常高，所以CVD沉積硅碳材料的產業化過程中，會面臨很多的安全問題。另外還有成本問題以及設備問題，之前沒有專業的設備去開發這種材料，所以設備的放大過程也需要時間。

中國粉體網：張老師，我剛才和另外一位老師進行了探討，當下硅碳負極材料的產業化，他認為CVD法最有可能是實現產業化的一種技術，您是不是也這樣認為呢？

張老師：我不這樣認為，我認為目前整個行業，尤其國內的行業，對于CVD非常的推崇，就是大家認為CVD應該是一個終極路線。在我看來，硅碳的兩種技術路線發展類似于磷酸鐵鋰和三元材料的正極材料，人造石墨和天然石墨的負極材料的技術路線發展。

前些年，磷酸鐵鋰在市場上已經很難生存，因為它面臨著很多的問題，包括容量低、低溫性能差等，但是隨著技術的進步，目前磷酸鐵鋰的市場占比急劇上升，在整個乘用車領域，磷酸鐵鋰的份額占比非常大。

天然石墨和人造石墨，目前，人造石墨在動力電池領域份額占比非常大，但實際上天然石墨通過國內外大型企業的開發、技術的改進，使它在動力電池領域有很好的應用前景。

所以，我的觀點是無論CVD硅碳和納米硅，哪種材料在未來實現產業化，都要取決于它的成本，取決于市場的細分，不是說一個路線取代另外一個路線，應該是根據市場的細分需求，共存的多種路線共同發展。而且納米硅，它具有降本的空間，未來在成本上具有優勢，所以，如果通過技術的進步使納米硅在性能上追趕CVD硅碳，那么它未來的發展前景將會非常好。

中國粉體網：張老師，CVD法制備硅碳負極有哪些優缺點？

張老師：優點：CVD法工藝路線制備的材料結構非常理想，是將納米尺度的硅嵌入到碳中，這種材料從循環、膨脹等各方面都非常優異。

缺點：CVD法工藝具有特殊性，存在安全問題、設備放大問題、成本控制問題，所以未來產業化會面臨非常嚴重的挑戰。

中國粉體網：張老師，目前納米硅及硅碳負極材料的產業化情況如何？

張老師：通過砂磨法制備的第一代納米硅，通過測試發現，從各方面都不能滿足電池的需求。從目前的研究情況來說，研磨法制備納米硅和硅碳也是技術含量非常高的。以前制備的納米硅碳存在分散等問題，我認為是因為很多深入的問題沒有研究透，而目前我們在做的產業化的納米硅和硅碳，從國內外的測試結果來看，性能非常好。目前，納米硅材料的發展并沒有達到初期預想的結果，所以一定要進行深入研究。同時因為我國的光伏資源非常豐富，納米硅的原料基本上是來源于光伏，原料價格低廉，所以納米硅材料未來的降本空間將會非常大。

CVD硅碳材料的性能非常好，但是因為原料的特殊性，在未來會面臨一些挑戰。

總的來說，這兩種材料都有很大的發展空間。

中國粉體網：張老師，您認為硅碳負極材料的前景如何？

張老師：我認為硅碳負極材料具有非常好的發展前景，因為前面講過石墨負極已經達到了接近于理論容量，而目前鋰電池的應用領域都要求高能量化，所以從容量方面來說必須要引入硅碳。硅碳負極材料無論哪種路線，只要能夠滿足電池的性能，那么它未來的前景就一定會非常好。

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