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隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，硅基負(fù)極材料作為提升電池能量密度的關(guān)鍵材料，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。

目前，硅基負(fù)極材料主要分為硅氧負(fù)極和硅碳負(fù)極兩大技術(shù)路線(xiàn)。本文將詳細(xì)介紹這兩種技術(shù)路線(xiàn)及其特點(diǎn)。

01.

硅氧負(fù)極技術(shù)路線(xiàn)

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

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

然而，氧化亞硅在充放電過(guò)程中會(huì)生成Li2O等非活性物質(zhì)，導(dǎo)致首次效率較低（約70%） 

第二代預(yù)鎂硅氧負(fù)極：通過(guò)在制備過(guò)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(yù)鎂化產(chǎn)品普遍克容量不高，且預(yù)鎂工藝會(huì)增加材料成本，對(duì)電芯廠(chǎng)來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比較低。 

第三代預(yù)鋰硅氧負(fù)極：在第二代基礎(chǔ)上進(jìn)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(yù)鋰化技術(shù)還不夠成熟。 

硅氧負(fù)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(guò)氧化亞硅與碳材料的復(fù)合，以及包覆層的形成，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。

02.

硅碳負(fù)極技術(shù)路線(xiàn)

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

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

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與研磨介質(zhì)的高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)漿料中的硅碳顆粒進(jìn)行剪切、碰撞和摩擦作用，從而實(shí)現(xiàn)顆粒的細(xì)化和分散。 

研磨結(jié)束后，通過(guò)過(guò)濾、離心等方式將研磨介質(zhì)與物料分離，得到細(xì)化的硅碳負(fù)極漿料。

CVD法：通過(guò)氣相沉積技術(shù)將納米硅沉積到多孔碳骨架上。

CVD法硅碳負(fù)極在克容量、首效、循環(huán)次數(shù)、倍率等多個(gè)維度性能表現(xiàn)優(yōu)異，其膨脹問(wèn)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(dāng)前視為最具發(fā)展?jié)摿?，也是眾多硅基?fù)極廠(chǎng)商的最新布局方向。

CVD法硅碳負(fù)極的制備工藝包括前驅(qū)氣體的選擇與供應(yīng)、基底準(zhǔn)備、反應(yīng)環(huán)境設(shè)置、高溫?zé)峤?、冷卻與后處理等步驟。

其核心在于通過(guò)氣相沉積技術(shù)形成均勻的納米硅碳復(fù)合材料，并通過(guò)多孔碳骨架來(lái)緩沖硅嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹。

03.

對(duì)比分析

硅氧負(fù)極和硅碳負(fù)極各有千秋。硅氧負(fù)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(fù)雜、成本較高。

圖為：博億硅碳負(fù)極CVD法解決方案

硅碳負(fù)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(duì)較差。

然而，隨著CVD法技術(shù)的發(fā)展，硅碳負(fù)極的性能有望得到進(jìn)一步提升。