中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅速，目前已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、交通工具、儲(chǔ)能電站及航空航天等領(lǐng)域。將高穩(wěn)定性的碳材料與高容量的硅材料進(jìn)行復(fù)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(huán)穩(wěn)定性。
納米硅
當(dāng)硅材料尺寸小于150nm時(shí)，鋰離子嵌入導(dǎo)致的體積膨脹所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不足以驅(qū)動(dòng)裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，此時(shí)硅材料不會(huì)發(fā)生破碎和粉化。因此，應(yīng)用于硅碳負(fù)極的硅材料至少在一個(gè)維度上要低于150nm，以此為基體制得硅碳負(fù)極材料，可以有效解決硅在嵌脫鋰過(guò)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(fù)極材料的一個(gè)主要研究方向。
納米硅粉的可控和規(guī)模化制備為后續(xù)實(shí)現(xiàn)以納米硅為基構(gòu)筑復(fù)合、穩(wěn)定和高導(dǎo)電性的鋰離子電池硅碳負(fù)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(dá)到需求的尺寸，后者是利用物理或者化學(xué)的方法對(duì)硅源材料進(jìn)行分解或者裂解，通過(guò)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(xué)氣相沉積法、等離子蒸發(fā)冷凝法和機(jī)械研磨法。
美國(guó)、日本等國(guó)家的企業(yè)對(duì)納米硅粉的研究起步較早，日本帝人、美國(guó)杜邦等企業(yè)均可以用等離子蒸發(fā)冷凝法進(jìn)行納米硅粉的制備。
我國(guó)對(duì)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(wèn)題，大多數(shù)廠家還是以機(jī)械研磨法為主，生產(chǎn)出來(lái)的納米硅粉與國(guó)外等離子蒸發(fā)冷凝法制備的產(chǎn)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(shí)現(xiàn)納米硅粉的大規(guī)模生產(chǎn)，還是行業(yè)內(nèi)需要一直探索的問(wèn)題。
硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
相比傳統(tǒng)石墨，硅碳負(fù)極材料在容量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)鋰離子電池能量密度的要求不斷提高以及電池廠商對(duì)于高鎳體系掌握的逐步成熟，硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用已逐步展開(kāi)。
硅基材料應(yīng)用于新一代負(fù)極已經(jīng)形成共識(shí)，硅基負(fù)極應(yīng)用車(chē)企在今年已明顯提速。除較早應(yīng)用硅基負(fù)極的特斯拉以外，包括蔚來(lái)、智己和廣汽埃安在電池技術(shù)上均涉及硅負(fù)極。在寧德時(shí)代、國(guó)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(fù)極被明確列為發(fā)展方向。
據(jù)行業(yè)專(zhuān)家反饋當(dāng)前2023年摻硅負(fù)極電池市占率不足3%，預(yù)計(jì)年內(nèi)能達(dá)到5%。從新能源汽車(chē)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，在動(dòng)力鋰電池追求高能量密度和低成本的趨勢(shì)下，硅碳負(fù)極優(yōu)勢(shì)明顯。相信隨著硅碳負(fù)極制備工藝的不斷完善和產(chǎn)業(yè)規(guī)�；闹鸩匠墒�，硅碳負(fù)極材料將迎來(lái)更為廣闊的市場(chǎng)。
針對(duì)各類(lèi)負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國(guó)粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時(shí)，天津師范大學(xué)研究員張波將作題為《硅碳負(fù)極中納米硅的研究進(jìn)展》的報(bào)告。報(bào)告將系統(tǒng)介紹硅碳負(fù)極的研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，并對(duì)硅碳負(fù)極材料中納米硅的發(fā)展進(jìn)行較詳細(xì)的闡述，通過(guò)對(duì)硅碳負(fù)極的不同工藝路線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，并對(duì)硅碳負(fù)極材料的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望。
專(zhuān)家簡(jiǎn)介：
張波，男，47歲，博士，研究員。2010年博士畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)新能源材料化學(xué)研究所，一直進(jìn)行鋰電負(fù)極材料的研究和產(chǎn)業(yè)化工作。曾經(jīng)在天津渤�；ぜ瘓F(tuán)從事導(dǎo)電炭黑研發(fā)、在中海油主持完成了鋰離子電池負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，項(xiàng)目金額近千萬(wàn)元。國(guó)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI收錄論文多篇，被引用近八百余次。2014年進(jìn)入天津師范大學(xué)能源材料工程中心后開(kāi)始硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，并先后主持進(jìn)行了多項(xiàng)關(guān)于鋰離子電池負(fù)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(xué)二等獎(jiǎng)。主要研究方向?yàn)橹虚g相炭微球、硅碳負(fù)極材料、快充石墨負(fù)極、低溫負(fù)極材料以及天然石墨負(fù)極等課題的研究。
參考來(lái)源：
張佃平等. 納米硅的定向生長(zhǎng)制備及在鋰電池中的應(yīng)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(fù)極材料研究與進(jìn)展
硅碳負(fù)極行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討.跬步智千里
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）
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