中國粉體網訊 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上海大學施利毅教授，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：施教授，請您談一下目前硅基負極產業化面臨的難題有哪些？
施教授：目前硅基負極材料產業化面臨以下難題：（1）體積膨脹大：硅在嵌鋰/脫鋰過程中體積膨脹率高達300%，會導致硅材料顆粒粉化，使硅顆粒與導電劑之間電接觸變差，還會造成SEI膜不斷破裂與重生，大量消耗活性鋰和電解液，加速電池容量衰減與老化；（2）導電性差：硅顆粒的導電性比碳材料差，這會導致電子在電極中難以有效傳輸，造成極化偏大，影響電池的倍率性能，加速電池老化；（3）首效低：由于硅顆粒納米化后比表面較大，在化成過程中生成SEI膜會大量消耗活性鋰，首次放電時無法完全發揮充電時的容量，首效較低。另外，還包括勻漿易產氣、生產工藝批次一致性較差、放大難度大、成本較高等問題，這些都會影響硅基負極產業化。
中國粉體網：面對這些難題，您團隊有哪些研究成果可以做出有效應對嗎？
施教授：針對上述部分難題，我們團隊主要從硅基負極結構設計和膠粘劑功能化等方面開展創新研究。主要包括：片狀結構納米硅設計，這對提升硅基負極性能方面有一定幫助，主要體現在：（1）緩解體積膨脹，提升結構穩定性。片狀結構的納米硅在嵌鋰過程中，體積膨脹主要沿片層厚度方向（二維膨脹），而非傳統顆粒的三維膨脹，可減少應力集中。片狀結構堆疊時為體積膨脹提供緩沖空間，同時避免顆粒直接擠壓導致的電接觸失效；（2）改善導電性，優化電子傳輸。片狀硅的大平面尺寸（微米級橫向尺寸）可與導電劑（如石墨烯、碳納米管）形成更緊密的面-面接觸，構建連續的二維導電網絡，縮短電子傳輸路徑，有利于極化電阻降低。對優化SEI膜穩定性，提升首效、循環壽命與倍率性能等等體現出一定的優勢。除了片狀結構納米硅材料外，我們還開發多元雜化硅基負極材料、多功能硅基負極膠粘劑等新型材料，希望通過一系列技術創新，助力解決影響硅基材料實用化的難點和痛點。
中國粉體網：施教授，通過多元雜化體系設計，可以有效抑制充放電過程中硅體積膨脹，請您簡單介紹一下設計機理。
施教授：多元雜化硅基負極材料設計主要通過硅顆粒功能化、多維導電網絡構筑、原位共價有機框架聚合物合成等來實現，在結構設計、界面優化及電化學性能調控基礎上，實現以下設計目標：（1）利用有機聚合物優先鋰化膨脹特性可實現對硅體積膨脹調控，提升結構穩定性；（2）構建高效導電網絡，改善導電性，鋰化有機聚合物具有高的離子、電子傳遞能力；（3）通過有機聚合物與極性粘結劑形成氫鍵網絡，有助于解決電極脫落問題；（4）有機聚合物結構層可誘導鋰鹽分解形成穩定的SEI膜，減少SEI膜反復破裂/重建�？傮w來說，通過“剛性限域+柔性適配”“導電通道+離子誘導”等機制，多層次優化硅碳負極性能，尤其希望在抑制體積膨脹、穩定SEI膜及提升倍率性能等方面展現特色和優勢。
中國粉體網：施教授，與傳統硅負極相比，硅負極結構的納米化為什么可以實現性能的長期穩定性？
施教授：硅基材料納米化（如納米硅顆粒、納米線等）是改善硅基負極性能的重要技術路徑之一，與傳統硅基負極（如微米級硅顆粒）相比，其優勢主要體現在緩解體積膨脹導致的結構失效，柔性結構適配，提升離子/電子傳輸效率，增大反應界面等方面，同時，納米硅可與碳納米管、石墨烯等復合形成網絡，減少界面阻抗。且納米級硅顆粒更易被碳層、聚合物等均勻包覆，形成穩定SEI膜，避免微米硅因包覆不均導致的電解液滲透問題。但是，納米硅也存在比表面積增大引發副反應加劇，容易導致SEI膜持續生長，電解液消耗增加、納米硅分散較為困難等問題，且納米化技術成本相對較高、設備投資較大。需要在性能提升與產業化成本間尋找平衡點。
中國粉體網：施教授，最后請您預測一下硅基負極實現大規模產業化的時間。
施教授：2025年硅基負極材料已呈現出產業化加速的趨勢。一方面，隨著CVD法技術普及，以及其他新技術的發展，長期制約硅碳負極的膨脹率問題已取得一定進展，頭部廠商產能擴充計劃密集落地，預計2025年行業總產能將不斷增加。在消費電子端，硅基負極的市場滲透率逐步提高，在動力電池端也有多個示范項目陸續落地實施。從長期來看，隨著固態電池產業的發展，硅基負極作為關鍵突破口，其重要性日益凸顯。根據宏觀分析以及多家企業的技術規劃，預計2027年固態電池進入汽車市場，2030年實現大規模量產，這將進一步推動硅基負極材料在2030年左右實現大規模產業化。當然，這僅僅是一家之言，僅供參考。
（中國粉體網編輯整理/初末）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
