【會議報告】全固態(tài)電池硅基負極的開發(fā)思考

作為下一代動力電池的重要技術路線，全固態(tài)電池正面臨產業(yè)化發(fā)展難點和日益激烈的國際競爭，如何破解難題，是中國鋰電池產業(yè)、乃至中國新能源汽車產業(yè)能否持續(xù)領先全球的關鍵。其中，在固態(tài)電池負極材料的選擇上，硅基負極材料因具有比容量高、原料價格低廉及環(huán)境友好等優(yōu)勢，被視為固態(tài)電池中最有前景的負極材料之一。

硅體積膨脹導致電接觸性能的喪失是容量衰減的重要原因，改善硅基材料負極特性的關鍵是保證材料在充放電過程中結構穩(wěn)定以及硅材料與集流體之間的良好電接觸。針對硅基負極材料的難題，主要應對措施有：

①減小硅材料的尺寸，將硅顆粒的尺寸從微米降到納米，可以緩解硅材料在體積膨脹時產生的應力，防止硅材料粉化、破碎；

②通過改變硅材料的表面形貌，進而緩解硅材料在體積膨脹時產生的應力集中，如制備具有納米孔結構的硅材料； 

③硅材料表面的包覆，通過表面包覆可以減少硅與電解質的直接接觸，防止在硅材料體積膨脹過程中在表面形成過厚的SEI，減少不可逆的Li+的消耗，同時起到抑制硅體積膨脹的作用； 

④形成混合電極材料，通過引入高強度材料如TiO2以構建局部機械性能穩(wěn)定的結構； 

⑤界面工程，構建穩(wěn)定的人工SEI。選用合適的材料作為人工 SEI可以有效提高負極材料的循環(huán)性能和初始庫倫效率；

⑥從整個電極的穩(wěn)定性設計出發(fā)，進行改進； 

⑦新型粘結劑的設計，通過新型粘結劑以增加硅顆粒之間的結合，保證電極結構的完整性，同時可以采用一些具有電子傳輸性能和離子傳輸性能的聚合物來提高電子和離子導電率，從而提高硅電極的容量和性能。

另外，固態(tài)電解質的高機械強度有利于緩解高容量硅/鋰負極材料的體積膨脹，形成穩(wěn)定的SEI層，保持界面穩(wěn)定。研究學者不斷探索硅負極在固態(tài)電池中的應用，硅基負極和固態(tài)電解質的結合使鋰離子電池的能量密度達到一個新的高度。

針對各類負極材料的產業(yè)化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇。旨在為負極材料產業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺，開展產、學、研合作，助推負極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。屆時，中南大學周向陽教授將作題為《全固態(tài)電池硅基負極的開發(fā)思考》的報告。

報告將從固態(tài)電池所需負極的性能分析入手，簡述目前硅基負極面臨的挑戰(zhàn)；全面分析目前硅基負極制備技術的優(yōu)劣后，提出固態(tài)電池用硅負極的未來開發(fā)方向，同時分享報告人團隊正在開展的固態(tài)電池硅基負極方向研究。報告由固態(tài)電池開發(fā)現(xiàn)狀、硅負極發(fā)展所面臨挑戰(zhàn)、硅基負極制備技術研究進展以及固態(tài)電池用硅基負極的開發(fā)思考四部分構成。報告對固態(tài)電池硅負極研究有較大指導意義。

專家簡介：

周向陽，中南大學二級教授，博士生導師。近年來一直圍繞石墨精深加工、鋰/鈉離子電池/固態(tài)電池負極材料低成本制備、廢舊電池回收以及碳酸鋰提取等方面開展研究，突破了高倍率/高容量負極、長循環(huán)負極、超低溫負極、高性價比負極材料、廢舊電池高效清潔回收/修復以及鋰渣無害化與資源化等方面的關鍵技術。發(fā)表高水平論文100余篇，獲國家授權發(fā)明專利100余項，其中18項實現(xiàn)成果轉化；獲省部級科技發(fā)明/科技進步一等獎3項，省部級技術進步/發(fā)明二等獎4項。

信息來源：

鄒幽蘭，周向陽等.鋰離子電池硅基負極改性研究新進展

硅基負極材料在固態(tài)電池中的應用.粉體網

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