目前，天然石墨、人造石墨是主流的負極材料技術路線，硅基等新型負極材料的應用也日趨廣泛。從技術上來講，石墨負極體系向硅基負極體系升級是重要方向，硅碳負極材料的比容量可以達到石墨負極的數倍，其在鋰電池中應用將大幅提升能量密度上限。當前，跟著特斯拉的步伐，寧德時代、比亞迪等中國企業也踏上了研發硅基負極材料之路，同時也通過投資加緊布局。

負極材料分類

硅作為鋰電池負極具有致命的缺陷，充電時鋰離子從正極材料脫出嵌入硅晶體內部晶格間，造成了很大的膨脹（約300%），形成硅鋰合金，放電時鋰離子從晶格間脫出，又形成成了很大的間隙，這樣的體積效應極易造成硅負極材料從集流體上剝離下來，導致極片露箔引起電化學腐蝕和短路等現象，影響電池的安全性和使用壽命。

結合碳材料和硅材料的優缺點，經常將兩者復合來使用，以最大化提高其實用性。從量產的角度出發，硅碳復合材料比較容易實現規模生產。不過硅碳為同一主族元素，在首次充放電時同樣也會形成SEI包覆在硅表面，但是由于硅體積效應造成的剝落情況會引起SEI的反復破壞與重建，從而加大了鋰離子的消耗，最終影響電池的容量。

不同形式的硅碳復合路線

不過目前硅碳負極的大規模應用仍有待進一步發展，主要原因在于：

1.循環性能低于石墨負極，有待進一步提高；

2.成本較高，硅基負極材料的制備過程中多用到納米硅粉，其生產對設備的要求極高，需要較大的資金投入且生產過程中能耗較大；

3.實現工業規模化放大有一定的技術門檻，目前大部分仍停留在實驗室噸級實驗；

4.新一代電池體系配套不完善，硅碳負極作為新一代負極材料，需要配套相應的導電劑、粘結劑等，目前產業鏈配套仍不成熟。

在7月24~26日即將在成都舉辦的“2023新能源粉體材料暨鈉離子電池產業創新發展論壇”上，將由來自北京化工大學的宋懷河教授分享報告“硅碳負極材料及其改性”。報告將在綜述目前硅碳負極材料研究和開發現狀的基礎上，主要介紹炭包覆納米硅復合負極材料的熱解制備方法、形貌結構調控、形成機理、改性及其電化學性能，分析了影響儲鋰性能的因素，提出進一步優化和改進的策略，最后展望硅炭負極材料的發展方向和應用前景。

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報告人簡介

宋懷河，北京化工大學教授，博士生導師，從事先進炭材料及其儲能應用研究。任中國電工技術學會炭-石墨材料專業委員會委員，中關村石墨烯產業創新聯盟副理事長，能源材料化學省部共建國家重點實驗室和先進化學蓄電技術與材料北京市重點實驗室學術委員會委員、材料電化學過程與技術北京市重點實驗室學術委員會委員兼副主任。兼任《新型炭材料》《Nanomaterials》和《炭素》雜志編委會委員，《北京化工大學學報》(自然科學版)和《炭素技術》編輯委員會副主任。主持了國家863計劃、國家自然科學基金重點、面上及企業合作項目多項，在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Carbon等發表SCI收錄論文300余篇，被SCI他引15000余次，H指數62。獲得國家發明專利47件，申請56項，實現專利成果轉化6項，獲得省部級科技成果獎勵2項。

成都新能源粉體論壇會務組

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