中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源汽車、儲能等市場的蓬勃發(fā)展，鋰電池及負極材料市場規(guī)模和技術(shù)水平持續(xù)提升，目前，商用石墨負極材料比容量逼近石墨材料的理論比容量，硅基負極材料商業(yè)化應(yīng)用得到進一步提速。
硅基負極材料以其極高的理論比容量成為鋰離子電池負極材料研究的熱點。硅負極材料的理論比容量遠高于商業(yè)石墨負極材料，且工作電壓適中，這使得硅基負極材料在提升電池能量密度方面具有顯著優(yōu)勢。然而，硅在充放電過程中的體積膨脹和收縮過大，導(dǎo)致材料開裂、破碎，以及SEI膜的持續(xù)增厚，嚴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、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)路線涵蓋了從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各個階段，通過納米化和復(fù)合材料技術(shù)緩解體積膨脹問題，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面改性提高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，并通過優(yōu)化電解液體系來增強電池的整體性能。預(yù)鋰化技術(shù)可以提高初始庫倫效率，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，有望實現(xiàn)高性能、長壽命和低成本的硅基負極材料，推動其在實際應(yīng)用中的廣泛普及。
目前硅碳材料和硅氧材料是硅基負極的兩條主要技術(shù)路線。
其中，硅碳負極材料以較高的首次庫倫效率著稱，但其循環(huán)壽命有待提高。通過實現(xiàn)硅材料的納米化，可以減少在充放電過程中產(chǎn)生的膨脹和破碎問題，從而進一步增強其循環(huán)壽命。相對地，硅氧負極材料的主要優(yōu)點是其出色的循環(huán)穩(wěn)定性，盡管首效較低。然而，通過采用預(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，硅基負極材料的實現(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，硅基負極材料正逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
在固態(tài)電池領(lǐng)域，硅基負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為是固態(tài)電池負極材料的關(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（簡稱：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極，能量密度將達300Wh/kg以上。
2024年10月29-31日在上�？鐕少彆怪行模杀本┓垠w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硅基負極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)研討會暨第三屆先進負極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時來自廣州鵬輝能源科技股份公司研究院副院長張貴萍將作題為《硅基負極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用》的報告。
專家簡介：
張貴萍，廣州鵬輝能源科技股份公司研究院，博士學(xué)位，教授級高工，參與完成多項重大科技項目，參與完成多項國家標準制定，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現(xiàn)批量生產(chǎn)。申請了國內(nèi)外專利120多項，發(fā)表論文二十多篇。
參考來源：
王松杰等.硅基負極材料商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢分析
鋰電亮點：硅基負極.疆亙資本
鵬輝能源官微
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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