中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近年來(lái)，高性能負(fù)極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點(diǎn)之一，硅基負(fù)極材料更是因其理論比容量遠(yuǎn)超石墨負(fù)極，成為行業(yè)突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇在安徽合肥舉辦。

在此期間，中國(guó)粉體網(wǎng)采訪到了上海大學(xué)施利毅教授，就硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化等一系列問(wèn)題進(jìn)行了探討交流。

中國(guó)粉體網(wǎng)：施教授，請(qǐng)您談一下目前硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)化面臨的難題有哪些？

施教授：目前硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化面臨以下難題：（1）體積膨脹大：硅在嵌鋰/脫鋰過(guò)程中體積膨脹率高達(dá)300%，會(huì)導(dǎo)致硅材料顆粒粉化，使硅顆粒與導(dǎo)電劑之間電接觸變差，還會(huì)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(dǎo)電性差：硅顆粒的導(dǎo)電性比碳材料差，這會(huì)導(dǎo)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(guò)程中生成SEI膜會(huì)大量消耗活性鋰，首次放電時(shí)無(wú)法完全發(fā)揮充電時(shí)的容量，首效較低。另外，還包括勻漿易產(chǎn)氣、生產(chǎn)工藝批次一致性較差、放大難度大、成本較高等問(wèn)題，這些都會(huì)影響硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)化。

中國(guó)粉體網(wǎng)：面對(duì)這些難題，您團(tuán)隊(duì)有哪些研究成果可以做出有效應(yīng)對(duì)嗎？

施教授：針對(duì)上述部分難題，我們團(tuán)隊(duì)主要從硅基負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和膠粘劑功能化等方面開(kāi)展創(chuàng)新研究。主要包括：片狀結(jié)構(gòu)納米硅設(shè)計(jì)，這對(duì)提升硅基負(fù)極性能方面有一定幫助，主要體現(xiàn)在：（1）緩解體積膨脹，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。片狀結(jié)構(gòu)的納米硅在嵌鋰過(guò)程中，體積膨脹主要沿片層厚度方向（二維膨脹），而非傳統(tǒng)顆粒的三維膨脹，可減少應(yīng)力集中。片狀結(jié)構(gòu)堆疊時(shí)為體積膨脹提供緩沖空間，同時(shí)避免顆粒直接擠壓導(dǎo)致的電接觸失效；（2）改善導(dǎo)電性，優(yōu)化電子傳輸。片狀硅的大平面尺寸（微米級(jí)橫向尺寸）可與導(dǎo)電劑（如石墨烯、碳納米管）形成更緊密的面-面接觸，構(gòu)建連續(xù)的二維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，縮短電子傳輸路徑，有利于極化電阻降低。對(duì)優(yōu)化SEI膜穩(wěn)定性，提升首效、循環(huán)壽命與倍率性能等等體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。除了片狀結(jié)構(gòu)納米硅材料外，我們還開(kāi)發(fā)多元雜化硅基負(fù)極材料、多功能硅基負(fù)極膠粘劑等新型材料，希望通過(guò)一系列技術(shù)創(chuàng)新，助力解決影響硅基材料實(shí)用化的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。

中國(guó)粉體網(wǎng)：施教授，通過(guò)多元雜化體系設(shè)計(jì)，可以有效抑制充放電過(guò)程中硅體積膨脹，請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下設(shè)計(jì)機(jī)理。

施教授：多元雜化硅基負(fù)極材料設(shè)計(jì)主要通過(guò)硅顆粒功能化、多維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑、原位共價(jià)有機(jī)框架聚合物合成等來(lái)實(shí)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面優(yōu)化及電化學(xué)性能調(diào)控基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）利用有機(jī)聚合物優(yōu)先鋰化膨脹特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)硅體積膨脹調(diào)控，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；（2）構(gòu)建高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，改善導(dǎo)電性，鋰化有機(jī)聚合物具有高的離子、電子傳遞能力；（3）通過(guò)有機(jī)聚合物與極性粘結(jié)劑形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，有助于解決電極脫落問(wèn)題；（4）有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)層可誘導(dǎo)鋰鹽分解形成穩(wěn)定的SEI膜，減少SEI膜反復(fù)破裂/重建�？傮w來(lái)說(shuō)，通過(guò)“剛性限域+柔性適配”“導(dǎo)電通道+離子誘導(dǎo)”等機(jī)制，多層次優(yōu)化硅碳負(fù)極性能，尤其希望在抑制體積膨脹、穩(wěn)定SEI膜及提升倍率性能等方面展現(xiàn)特色和優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)粉體網(wǎng)：施教授，與傳統(tǒng)硅負(fù)極相比，硅負(fù)極結(jié)構(gòu)的納米化為什么可以實(shí)現(xiàn)性能的長(zhǎng)期穩(wěn)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(fù)極性能的重要技術(shù)路徑之一，與傳統(tǒng)硅基負(fù)極（如微米級(jí)硅顆粒）相比，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在緩解體積膨脹導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效，柔性結(jié)構(gòu)適配，提升離子/電子傳輸效率，增大反應(yīng)界面等方面，同時(shí)，納米硅可與碳納米管、石墨烯等復(fù)合形成網(wǎng)絡(luò)，減少界面阻抗。且納米級(jí)硅顆粒更易被碳層、聚合物等均勻包覆，形成穩(wěn)定SEI膜，避免微米硅因包覆不均導(dǎo)致的電解液滲透問(wèn)題。但是，納米硅也存在比表面積增大引發(fā)副反應(yīng)加劇，容易導(dǎo)致SEI膜持續(xù)生長(zhǎng)，電解液消耗增加、納米硅分散較為困難等問(wèn)題，且納米化技術(shù)成本相對(duì)較高、設(shè)備投資較大。需要在性能提升與產(chǎn)業(yè)化成本間尋找平衡點(diǎn)。

中國(guó)粉體網(wǎng)：施教授，最后請(qǐng)您預(yù)測(cè)一下硅基負(fù)極實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間。

施教授：2025年硅基負(fù)極材料已呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化加速的趨勢(shì)。一方面，隨著CVD法技術(shù)普及，以及其他新技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)期制約硅碳負(fù)極的膨脹率問(wèn)題已取得一定進(jìn)展，頭部廠商產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃密集落地，預(yù)計(jì)2025年行業(yè)總產(chǎn)能將不斷增加。在消費(fèi)電子端，硅基負(fù)極的市場(chǎng)滲透率逐步提高，在動(dòng)力電池端也有多個(gè)示范項(xiàng)目陸續(xù)落地實(shí)施。從長(zhǎng)期來(lái)看，隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅基負(fù)極作為關(guān)鍵突破口，其重要性日益凸顯。根據(jù)宏觀分析以及多家企業(yè)的技術(shù)規(guī)劃，預(yù)計(jì)2027年固態(tài)電池進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)，2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，這將進(jìn)一步推動(dòng)硅基負(fù)極材料在2030年左右實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)然，這僅僅是一家之言，僅供參考。

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