中國粉體網(wǎng)訊  2018年9月27-28日，中國粉體網(wǎng)聯(lián)合中國顆粒學會能源顆粒材料專委會將于南京舉辦“第二屆能源顆粒材料制備及應用技術高峰論壇”，并邀請清華大學魏飛教授為業(yè)內人士帶來精彩報告：《硅/陶瓷/碳負極材料的流化床制備技術》。

鋰離子電池具有能量密度高、功率密度大、循環(huán)壽命長、工作電壓穩(wěn)定等優(yōu)勢，是未來極具發(fā)展前景的人造能源載體。其中，負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一。

鋰離子電池的負極材料

鋰離子電池的負極材料通常要求具有以下條件：

（1）材料具有適宜的嵌鋰電位

（2）材料可逆嵌／脫鋰性能好

（3）材料在嵌／脫鋰過程中的體積變化較小

（4）材料具有較好的導電性

（5）材料在充放電過程中表面能夠形成穩(wěn)定的SEI膜

（6）電化學穩(wěn)定性好

（7）成本較低

常見負極材料性能對比

目前，碳素類負極材料己經(jīng)被廣泛商業(yè)化應用，其具有很好的電化學活性，有利于電子的傳遞，在循環(huán)過程中電極結構保持穩(wěn)定，體積膨脹率小。但是對此類材料的開發(fā)已經(jīng)接近其理論容量，而在電動汽車快速發(fā)展的階段，對高能量密度和高功率密度鋰離子電池的需求日益迫切。石墨材料較低的可逆比容量無法滿足高比容量密度的需求，因此迫切需要開發(fā)新型穩(wěn)定的高比容量負極材料。

硅基負極材料的優(yōu)缺點

硅基負極材料具有比容量高、電壓平臺低、環(huán)境友好、資源豐富等優(yōu)點，有望替代石墨負極應用于下一代高比能鋰離子電池，是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ呢摌O材料。

但是硅基負極材料同樣存在很大缺點。硅脫/嵌過程中有較大的體積變化（300%），易導致顆粒粉化，進而從集流體上脫落。同時，硅負極表面在充放電過程中存在 SEI 膜的不斷破碎及生成，持續(xù)地消耗活性鋰離子，導致庫侖效率及電池循環(huán)壽命降低。

硅基負極材料體積變化的影響

為了解決這些問題，科研人員提出多種解決手段，將金屬、氧化物 、有機聚合物、碳等材料與硅復合，緩解其體積變化，提升電化學穩(wěn)定性。其中，碳材料具有優(yōu)異的導電性和力學性能，與硅復合不僅可有效緩解體積膨脹，還可以改善電極導電性并得到穩(wěn)定的 SEI 膜，硅碳復合材料是最先進入商業(yè)化的硅基負極材料。

硅/陶瓷/碳負極材料

據(jù)研究，硅氧基負極具有較高理論容量、惰性基體提高穩(wěn)定性、成本低、易大規(guī)模制備的優(yōu)勢，但也存在不可逆容量高、200%體積膨脹、導電性差、庫倫效率低等劣勢；SiOx、SiNx復合材料也存有制備量小、難以放大、制備方法復雜、原料成本高、導電性差、循環(huán)不夠穩(wěn)定、容量難以發(fā)揮、倍率性能差等缺點。

對此，有學者提出能否找一種強度高、化學穩(wěn)定性好，不與鋰反應的材料為透鋰中間層，改進硅循環(huán)性同時，不降低首次庫倫效率？通過研究，學者發(fā)現(xiàn)硅/陶瓷/碳復合材料具有制備量大、制備過程簡單、寡層石墨烯包覆提高導電性、循環(huán)穩(wěn)定性明顯改善、容量發(fā)揮較好、倍率性能優(yōu)越等眾多優(yōu)勢。

2018年9月27-28日，中國粉體網(wǎng)聯(lián)合中國顆粒學會能源顆粒材料專委會將在南京舉辦“第二屆能源顆粒材料制備及應用技術高峰論壇”，屆時魏飛教授將同業(yè)內人士探討硅/陶瓷/碳負極材料的流化床制備技術。精彩報告，不容錯過！

魏飛教授簡介

魏飛，博士�，F(xiàn)任清華大學化工系教授、博士生導師，北京市“綠色化學反應工程和技術”重點實驗室主任，清華大學長江學者特聘教授。

研究領域包括多相流和多相流反應堆。魏教授贏得過很多榮譽和獎勵，如國家杰出青年科學獎（1996 ），中國青年特殊貢獻獎（1997 ），1999 年被國家教育部授予“杰出科學家”榮譽稱號。有超過 200 篇著作和論文出版。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）