硅碳负极材料产业化面临的挑战

锂离子电池负极材料主要分为碳材料和非碳材料两大类，碳材料包括石墨类、无定形碳、纳米碳等，非碳材料包括硅基负极、钛酸锂负极以及其他非碳负极。其中具有高能量密度的硅基负极材料被认为是新一代锂离子电池最具潜力负极材料之一。

硅基负极目前两大技术路径是硅碳复合材料和硅氧复合材料。

其中硅碳负极主要是通过减小硅的尺寸至纳米级别进而减小材料膨胀影响，而硅氧负极中的Si团簇、SiO2团簇及其氧化界面，可以在合金化反应过程中起到缓冲体积膨胀的作用。硅碳的能量密度高但循环次数较少，主要应用于3C数码领域。硅氧能量密度相对较低，循环次数较多，因此动力电池领域主要应用硅氧负极。

硅碳负极材料的制备方法有化学气相沉积（CVD）法、机械球磨法、喷雾法、镁热还原法、溶胶-凝胶法以及热解法等。在众多硅碳负极材料制备方法中，因CVD制备的硅碳负极材料具有充放电效率高、循环稳定性好、对设备要求较低、适合工业化生产等优势，受到了广泛关注。

CVD气相沉积硅所需生产流程短，设备少，理论成本低。从目前的性能测试结果看，CVD法多孔硅碳克容量、首效、循环次数、倍率等多个维度性能表现优异；在生产方面，多孔硅碳硅基负极可减少预锂、预镁，相比于硅氧路线具有大幅降本的潜力。

而对于硅基负极材料的发展趋势，SNE Research发布的《2024年锂离子电池硅负极技术现状与展望》报告显示，随着这一新型负极材料应用从3C消费向动力电池领域拓展，2024年硅负极的市场渗透率也将突破长期以来1%的封印，步入上升轨道，市场规模将以39%的复合年增长率，一路飙升至2035年的660亿美元，整体市场渗透率也将达到10%左右。

近年来，硅基负极研发已明显提速，在新能源汽车领域，除较早应用硅基负极的特斯拉以外，包括蔚来、智己和广汽埃安在电池技术上均涉及硅负极。在宁德时代、国轩高科、星恒电源、比克、亿纬锂能等电池厂商高比容量电池方案中，硅碳负极被明确列为发展方向。

但是，在知识产权布局上，根据中国科学院宁波材料技术与工程研究所评估，我国于硅合金、硅氧化物、电解液、粘结剂和集流体等领域又面临着较高专利侵权风险，这意味着硅负极材料产量高了铁锂电芯企业用不起，进入海外市场还可能招惹专利侵权官司，更何况当下的惨烈行情中，负极材料企业普遍利润收窄，影响研发投入和优质产能建设，企业自身很难激发起坚决押注硅负极的决心。

2024年10月29-31日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办2024硅基负极材料技术与产业研讨会暨第三届先进负极材料技术与产业高峰论坛。届时来自天津师范大学的研究员张波将作题为《硅碳负极材料产业化面临的挑战》的报告。报告将系统介绍硅碳负极的研究进展和产业化开发现状，并对硅碳负极材料的两条工艺路线的发展进行比较详细的阐述，最后对硅碳负极的不同工艺路线的优缺点进行比较，对硅碳负极材料的未来发展进行展望。   

专家简介：

张波，博士，研究员。2010年博士毕业于南开大学新能源材料化学研究所，一直进行相关锂电负极材料的研究工作。曾经在天津渤海化工集团从事导电炭黑研发、在中海油主持完成了锂离子电池负极材料的产业化项目，项目金额近千万元。国外学术期刊发表SCI收录论文多篇，被引用近千余次。2014年以人才引进方式进入天津师范大学能源材料工程中心，就人造石墨负极材料、煤基负极、天然石墨负极材料与企业开展多项横向课题合作研究，横向经费超过300万，同时获得硅碳负极材料专利授权9项，成功实现专利成果转化900万元，并获得海外投资2亿元，联合创建江苏贝嘉宁硅业有限公司，进行项目的产业化开发。在Energy Environ. Sci., Electrochimica Acta, J Alloys and Compounds等学术期刊上发表论文多篇，被引次数达到千余次。2016 年获得天津市自然科学二等奖，2019年2021年获评天津市工程专业学位优秀指导教师，2023年获评天津师范大学师德先进个人。

参考来源：

付祥南等.化学气相沉积法制备硅碳复合负极材料的研究进展

陈义等.锂离子电池硅碳负极材料的制备及其研究进展

黄雨辰等. 锂离子电池硅碳负极材料的制备及其结构设计研究进展

负极材料“换代”？——CVD气相沉积硅碳技术.粉体网

硅基负极材料的行业概况及发展趋势.粉体网

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