斯諾和國內(nèi)外在硅基負(fù)極材料的最新研發(fā)進(jìn)展情況

胡文良表示，深圳斯諾的硅基負(fù)極材料首次容量為1616.3 mAh/g，首次效率為76.89%，在容量和效率上都已經(jīng)和商業(yè)化的產(chǎn)品非常接近。

在當(dāng)前的鋰離子電池材料體系方面，負(fù)極材料主要還是以石墨類為主，但硅碳負(fù)極材料被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)下一代高比能動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

從市場(chǎng)來看，中國主要以納米硅碳復(fù)合和多孔硅碳復(fù)合，目前國內(nèi)外只有少數(shù)幾企業(yè)能實(shí)現(xiàn)硅碳的量產(chǎn)，但是在規(guī)?；瘧?yīng)用上還存在較大的體積膨脹的問題。

深圳斯諾研發(fā)主管胡文良分析了當(dāng)前斯諾和國內(nèi)外在硅基負(fù)極材料的最新研發(fā)進(jìn)展情況。

胡文良指出，目前硅基負(fù)極材料主要問題有體積膨脹、材料粉化，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)失效、SEI反復(fù)生長等問題。上述問題會(huì)導(dǎo)致電池安全性能差，倍率性能差等問題。對(duì)此，我們認(rèn)為硅基負(fù)極以后開發(fā)的方向主要有表面包覆，表面的特殊結(jié)構(gòu)，預(yù)鋰化，致密結(jié)構(gòu)以及電極體系的匹配等。

胡文良表示，硅基負(fù)極的發(fā)展方向主要為降低膨脹，提高循環(huán)壽命，降低生產(chǎn)成本。

降低膨脹措施主要有材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多結(jié)構(gòu)、多元材料、多技術(shù)交叉結(jié)合；提高壽命的措施主要有納米化、原位包覆；降低成本主要是對(duì)產(chǎn)品的工藝進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)備與工程技術(shù)的研發(fā)，降低生產(chǎn)能耗等。

由于硅基負(fù)極具有較大的體積膨脹，不能直接使用，需要對(duì)其進(jìn)行改性之后才能再實(shí)際應(yīng)用。主要的改性方法有結(jié)構(gòu)化改性，碳包覆改性以及預(yù)嵌鋰。

具體來看，結(jié)構(gòu)化改性就是將材料制成納米顆粒、納米線、納米片，這樣可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，緩沖材料的體積膨脹，并且可以增加材料的活性界面，有利于材料的電化學(xué)性能。

碳包覆就是在材料包覆一層碳元，碳包覆可以抑制材料的體積膨脹，有利于在材料表面形成一層穩(wěn)定的SEI膜。同時(shí)碳包覆可以提高材料的導(dǎo)電性，有利于倍率性能。

而預(yù)嵌鋰可以預(yù)先在電極表面形成一層SEI膜，減少首次不可逆容量損失，提高電極首次庫倫效率。

胡文良表示，深圳斯諾的硅基負(fù)極材料首次容量為1616.3mAh/g，首次效率為76.89%，在容量和效率上都已經(jīng)和商業(yè)化的產(chǎn)品非常接近。以上的數(shù)據(jù)都是半電池的數(shù)據(jù)，全電池的應(yīng)用還在繼續(xù)驗(yàn)證。

與此同時(shí)，胡文良還提到由于硅基負(fù)極具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)前石墨電極的電極體系不能夠滿足硅基材料在實(shí)際中的應(yīng)用，因此需要開發(fā)新的電極體系。比如說PAI新型粘結(jié)劑，以及VC、FEC等新型電解液添加劑的使用。

在粘結(jié)劑對(duì)材料應(yīng)用的影響方面，粘結(jié)劑應(yīng)具有較高的導(dǎo)電性和機(jī)械延展性，從而有效適應(yīng)硅碳負(fù)極在循環(huán)過程中的大體積變化，以保持高的結(jié)構(gòu)完整性。同時(shí)保持電極的高導(dǎo)電性。而高模量的粘結(jié)劑有利于材料的循環(huán)性能。

在導(dǎo)電劑對(duì)材料應(yīng)用的影響方面，導(dǎo)電劑需要具有良好的導(dǎo)電性能的同時(shí)，還需要較大的長徑比，在電極體系中形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在循環(huán)過程中活性物質(zhì)不會(huì)與導(dǎo)電劑發(fā)生脫離，保持電極高導(dǎo)電性。

采用點(diǎn)線復(fù)合形式的導(dǎo)電劑可以滿足短程和長程電子傳輸通道，有利于硅基循環(huán)性能，能夠有效促進(jìn)容量發(fā)揮，改善倍率。

在電解液對(duì)材料應(yīng)用的影響方面，由于硅基材料在循環(huán)中較大的體積變化，會(huì)導(dǎo)致材料表面的SEI膜不斷薄弱、生長，消耗鋰離子，從而導(dǎo)致材料的循環(huán)性能降低。而FEC添加劑它優(yōu)先于電解液溶劑，能夠在負(fù)極端形成緊實(shí)且具有優(yōu)異導(dǎo)鋰性能的SEI層，高含量的FEC添加劑可以有效提升性能。