中國粉體網訊 鋰離子電池自20世紀70年代問世以來發展迅速，目前已被廣泛應用于便攜式電子設備、交通工具、儲能電站及航空航天等領域。將高穩定性的碳材料與高容量的硅材料進行復合，不僅可以給鋰離子提供更加快捷的傳輸通道，而且可以有效地抑制整體體積膨脹，從而保持電極的完整性，提高電池循環穩定性。
納米硅
當硅材料尺寸小于150nm時，鋰離子嵌入導致的體積膨脹所產生的內應力不足以驅動裂紋的進一步擴展，此時硅材料不會發生破碎和粉化。因此，應用于硅碳負極的硅材料至少在一個維度上要低于150nm，以此為基體制得硅碳負極材料，可以有效解決硅在嵌脫鋰過程中的體積膨脹并具有比較理想的嵌鋰容量。所以，硅的納米化制備成為鋰離子電池硅基負極材料的一個主要研究方向。
納米硅粉的可控和規模化制備為后續實現以納米硅為基構筑復合、穩定和高導電性的鋰離子電池硅碳負極材料提供了保證。
目前納米硅粉的制備主要采用自上而下和自下而上的2種方法。前者是利用物理的方法使塊狀硅原料從大到小不斷地破碎達到需求的尺寸，后者是利用物理或者化學的方法對硅源材料進行分解或者裂解，通過沉積的方法獲得所需尺寸的納米硅顆粒。研究較多的主要有化學氣相沉積法、等離子蒸發冷凝法和機械研磨法。
美國、日本等國家的企業對納米硅粉的研究起步較早，日本帝人、美國杜邦等企業均可以用等離子蒸發冷凝法進行納米硅粉的制備。
我國對納米硅粉研制起步較晚，由于制備工藝水平限制以及成本問題，大多數廠家還是以機械研磨法為主，生產出來的納米硅粉與國外等離子蒸發冷凝法制備的產品還是有差距。如何有效控制納米硅粉的形貌和粒徑，如何降低成本，實現納米硅粉的大規模生產，還是行業內需要一直探索的問題。
硅碳負極材料產業化應用及發展趨勢
相比傳統石墨，硅碳負極材料在容量方面具有明顯的優勢。隨著對鋰離子電池能量密度的要求不斷提高以及電池廠商對于高鎳體系掌握的逐步成熟，硅碳負極材料的應用已逐步展開。
硅基材料應用于新一代負極已經形成共識，硅基負極應用車企在今年已明顯提速。除較早應用硅基負極的特斯拉以外，包括蔚來、智己和廣汽埃安在電池技術上均涉及硅負極。在寧德時代、國軒高科、星恒電源、比克、億緯鋰能等電池廠商高比容量電池方案中，硅碳負極被明確列為發展方向。
據行業專家反饋當前2023年摻硅負極電池市占率不足3%，預計年內能達到5%。從新能源汽車的長遠發展來看，在動力鋰電池追求高能量密度和低成本的趨勢下，硅碳負極優勢明顯。相信隨著硅碳負極制備工藝的不斷完善和產業規模化的逐步成熟，硅碳負極材料將迎來更為廣闊的市場。
針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇。屆時，天津師范大學研究員張波將作題為《硅碳負極中納米硅的研究進展》的報告。報告將系統介紹硅碳負極的研究進展和產業化開發現狀，并對硅碳負極材料中納米硅的發展進行較詳細的闡述，通過對硅碳負極的不同工藝路線的優缺點進行比較，并對硅碳負極材料的未來發展進行展望。
專家簡介：
張波，男，47歲，博士，研究員。2010年博士畢業于南開大學新能源材料化學研究所，一直進行鋰電負極材料的研究和產業化工作。曾經在天津渤海化工集團從事導電炭黑研發、在中海油主持完成了鋰離子電池負極材料的產業化項目，項目金額近千萬元。國外學術期刊發表SCI收錄論文多篇，被引用近八百余次。2014年進入天津師范大學能源材料工程中心后開始硅碳負極材料的產業化開發，并先后主持進行了多項關于鋰離子電池負極材料的校企橫向課題的研究工作。2015年獲得天津市自然科學二等獎。主要研究方向為中間相炭微球、硅碳負極材料、快充石墨負極、低溫負極材料以及天然石墨負極等課題的研究。
參考來源：
張佃平等. 納米硅的定向生長制備及在鋰電池中的應用研究
范亞昆等. 熱等離子體法制備球形納米硅粉
郝浩博等. 鋰離子電池硅基負極材料研究與進展
硅碳負極行業現狀及趨勢探討.跬步智千里
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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