隨著鋰離子電池技術的不斷進步，硅基負極材料作為提升電池能量密度的關鍵材料，正受到越來越多的關注。

目前，硅基負極材料主要分為硅氧負極和硅碳負極兩大技術路線。本文將詳細介紹這兩種技術路線及其特點。

01.

硅氧負極技術路線

硅氧負極材料主要由氧化亞硅（SiOx）與碳材料復合而成。根據(jù)制備工藝的不同，硅氧負極主要分為三代： 

第一代硅氧負極：采用氧化亞硅與石墨材料復合。氧化亞硅在鋰嵌入過程中發(fā)生的體積膨脹較小，相較于純硅負極，其循環(huán)穩(wěn)定性得到改善。

然而，氧化亞硅在充放電過程中會生成Li2O等非活性物質，導致首次效率較低（約70%） 

第二代預鎂硅氧負極：通過在制備過程中添加鎂元素，阻止SEI膜合成，將首次效率提升至80%左右。

但預鎂化產(chǎn)品普遍克容量不高，且預鎂工藝會增加材料成本，對電芯廠來說性價比較低。 

第三代預鋰硅氧負極：在第二代基礎上進一步提升首次效率（ICE提升至86%-92%）

然而，目前能夠兼顧安全穩(wěn)定、成本較低、可大規(guī)模生產(chǎn)的預鋰化技術還不夠成熟。 

硅氧負極材料的常用量產(chǎn)制備工藝包括高溫爐熱處理、冷凝、粗碎、粉碎、CVD爐炭包覆等步驟。

其核心在于通過氧化亞硅與碳材料的復合，以及包覆層的形成，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和導電性能。

02.

硅碳負極技術路線

硅碳負極材料由納米級的硅顆粒和碳基材料（如石墨、碳納米管、石墨烯等）復合而成。根據(jù)制備工藝的不同，硅碳負極主要分為兩種技術路線： 

砂磨納米硅：通過攪拌罐將硅粉和適量的溶劑混合，形成初步的漿料，通過隔膜泵輸送至砂磨機中。

轉子結構與研磨介質的高速旋轉，對漿料中的硅碳顆粒進行剪切、碰撞和摩擦作用，從而實現(xiàn)顆粒的細化和分散。 

研磨結束后，通過過濾、離心等方式將研磨介質與物料分離，得到細化的硅碳負極漿料。

CVD法：通過氣相沉積技術將納米硅沉積到多孔碳骨架上。

CVD法硅碳負極在克容量、首效、循環(huán)次數(shù)、倍率等多個維度性能表現(xiàn)優(yōu)異，其膨脹問題較傳統(tǒng)濕法研磨取得較大改善，穩(wěn)定性大幅提升。

CVD工藝被當前視為最具發(fā)展?jié)摿Γ彩潜姸喙杌摌O廠商的最新布局方向。

CVD法硅碳負極的制備工藝包括前驅氣體的選擇與供應、基底準備、反應環(huán)境設置、高溫熱解、冷卻與后處理等步驟。

其核心在于通過氣相沉積技術形成均勻的納米硅碳復合材料，并通過多孔碳骨架來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹。

03.

對比分析

硅氧負極和硅碳負極各有千秋。硅氧負極在循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，但首次效率較低，且制備工藝較為復雜、成本較高。

圖為：博億硅碳負極CVD法解決方案

硅碳負極則具有較高的克容量和首效，但循環(huán)次數(shù)和膨脹率等性能相對較差。

然而，隨著CVD法技術的發(fā)展，硅碳負極的性能有望得到進一步提升。