中國粉體網訊 作為鋰離子電池關鍵材料之一，負極材料對鋰離子電池的最終性能起著至關重要的作用。2023年2月9-10日，由中國粉體網主辦的“先進負極材料技術與產業高峰論壇”于山東青島隆重召開。會議期間，針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，我們邀請到業內專家學者、優秀企業代表做客“對話”欄目，進行訪談交流。
前言：在石墨負極材料的比容量已接近理論比容量極限的背景下，硅基負極作為下一代新能源車動力電池能量密度提升的關鍵材料，成為是研發和關注的焦點。
硅碳負極采用納米硅和石墨材料混合，目前商業化硅碳負極容量在450mAh/g以下，一般用于消費電池。但硅碳負極的體積膨脹嚴重，導致循環性能較差，一般在500-600周，達不到國際規定動力電池循環1000周的標準。一般從２個方面對其進行材料改性：一方面是對硅單質體系的改性，如使用納米硅和硅薄膜等；另一方面是對硅碳基復合材料的結構改性，如核-殼結構、多孔結構等。
為了深入了解硅碳負極產業化難題，中國粉體網邀請到了天津師范大學張波研究員做客“對話”訪談欄目。
張波，博士，天津師范大學校聘研究員。天津市工程專業學位優秀指導教師，中國化學與物理電源協會專家委員會委員。
研究方向：鋰硫電池；中間相炭微球、人造石墨等負極材料及相關石油焦、包覆瀝青的工業應用；硅碳、錫碳、軟碳等新型負極材料及超級活性碳的工業應用。
粉體網：請您先簡單介紹一下您課題組在硅碳負極方面的科研工作？
張波研究員：我之前在企業工作，2014年回到了天津師范大學能源與材料工程中心。當時我們比較看好硅碳負極這種高能量的材料，就開始做這個項目。目的是想實現硅碳負極產業化，而不是說簡單的發幾篇文章。
2014年開始我們圍繞硅碳負極的產業化做了很多的工作，包括它的納米化、分散性、包覆問題，包括它與石墨的覆合，都是圍繞著硅碳負極產業化的難點去解決。到目前為止，圍繞硅碳負極產業化的研究工作已經將近了9年了，現在也在進行中試開發，準備把它最終實現產業化。
粉體網：硅基負極材料的開發基于目前的石墨負極材料，在此基礎上優化，比如說改導電劑，改電解液，您覺得二者在工藝上最大的區別在哪？
張波研究員：從單純硅碳負極的角度，它與石墨負極在工藝上的區別很大。石墨負極是微米級顆粒，它用瀝青進行包覆；而硅碳負極的硅材料一般要求其納米化，而且要與微米級的材料進行復合，這個在工業生產上技術難度很大。因為納米材料的活性很高，非常容易團聚，如果解決不好團聚的問題，在材料納米化之后又會重新團聚，這就失去了納米化的意義。
所以，硅碳負極相對于石墨負極，生產難度更大。
粉體網：您是如何看待硅氧/碳負極的？
張波研究員：目前，業內認為硅氧/碳負極是一個相對成熟的技術。硅氧本身的循環性能比硅碳要好，經過碳包覆，再經過與石墨的混合，在循環與膨脹方面是可以達到客戶的使用要求的。
但是，硅氧的原料比較貴，比我們目前用的原料硅的價格要貴一個數量級；另外，硅氧負極的首效低，還要進行預鋰化，預鋰化則需要用到預鋰試劑，而目前鋰鹽的價格比較高，這就造成了硅氧負極價格的進一步升高；再者，硅氧雖然說循環性能較好，由于其反應生成硅酸鋰，可以抑制它的膨脹，對其循環性能有所幫助。但是反過來，這對于硅氧負極的電化學性能，比如說它的高低溫性能、倍率性能有所影響；最后，由于硅氧反應生成硅酸鋰，造成它的整體能量密度較低。
所以，為了追求高容量、低成本的材料，硅碳負極是一個很好的選擇。
粉體網：硅碳負極匹配的電解液與石墨負極最大的區別在哪？
張波研究員：很多報告里面都在講，硅碳負極的電解液需要添加不同的添加劑。不過在我看來，這只是一種輔助的手段，重點還是要把硅碳復合材料做好，硅要包覆完全，這個時候，電解液可以不需要添加劑。除非是硅碳復合材料沒有做好，硅沒有包覆好，這個時候需要在電解液添加劑上面做文章，以彌補硅碳復合材料本身的缺陷，包括導電劑、粘結劑等輔材的使用。
實際上如果硅碳復合材料本身做的很好，后面相應的輔材可以用的很少甚至不用。
粉體網：硅一新能源是您及課題組的硅基負極材料產業化落地項目嗎？
張波研究員：是的，這是我們自己注冊的一個公司，我們通過這個公司在推廣硅基負極的產業化，包括硅碳和硅氧。
粉體網：也有在做硅氧？
張波研究員：硅氧也有在做，不過我們的硅氧路線區別于目前的CVD包覆，它是一條新的路線，成本更低，性能更好。
粉體網：你們的氧化亞硅是自己做的還是外購的？
張波研究員：買的國產的，我們是買的10μm的顆粒的一氧化硅，回來以后加工，然后再包覆。
（中國粉體網編輯整理/長安）
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