納米硅與CVD硅碳材料，誰能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？——專訪天津師范大學(xué)張波研究員

近年來，高性能負(fù)極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點(diǎn)之一，硅基負(fù)極材料更是因其理論比容量遠(yuǎn)超石墨負(fù)極，成為行業(yè)突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國粉體網(wǎng)主辦的第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇在安徽合肥舉辦。在此期間，中國粉體網(wǎng)采訪到了天津師范大學(xué)張波研究員，就硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化等一系列問題進(jìn)行了探討交流。

中國粉體網(wǎng)：張老師，您對(duì)石墨負(fù)極以及硅基負(fù)極都有深入研究，請(qǐng)您介紹一下這兩種負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)。

張老師：石墨負(fù)極已經(jīng)商業(yè)化很多年，其性能比較穩(wěn)定、成本較低，是一種非常好的材料。但是石墨負(fù)極也存在一些問題，就是整體的容量偏低，只有372mAh/g。而硅材料的理論容量是4200mAh/g，高于石墨材料將近10倍，所以引入硅基材料是很有必要的。

那么硅基材料怎么進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化呢？它的高容量也會(huì)帶來其他問題，比如說膨脹問題、循環(huán)問題，所以需要通過技術(shù)改進(jìn)去提升性能，從而讓硅基負(fù)極實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

中國粉體網(wǎng)：張老師，硅基負(fù)極主要分為硅碳、硅氧兩個(gè)方向，請(qǐng)您介紹一下這兩個(gè)方向的研究進(jìn)展情況。

張老師：硅氧材料，實(shí)際上最早是從日本信越化學(xué)引入的氧化亞硅。硅氧材料的內(nèi)部是納米結(jié)構(gòu)——納米硅和納米二氧化硅混排的結(jié)構(gòu)，二氧化硅會(huì)生成硅酸鋰，從而緩解自身體積膨脹。硅氧材料的循環(huán)性能比較好，通過碳包覆就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并且硅氧材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)十幾年。

硅碳材料目前主要分兩種路線，一種是采用砂磨工藝或者其他的物理法制備的納米硅，再進(jìn)行碳包覆；另一種是目前比較火熱的，用氣相沉積法（CVD）硅烷沉積制備的硅碳材料。

從結(jié)構(gòu)來說，CVD沉積硅碳材料的結(jié)構(gòu)是最理想的，硅是5納米以下的材料結(jié)構(gòu)。但是這種材料在產(chǎn)業(yè)化過程中會(huì)面臨很多問題，一是，硅烷是一種特殊的氣體，易燃易爆，它載體是多孔碳結(jié)構(gòu)，非常復(fù)雜，硅烷本身以及其分解產(chǎn)生的副產(chǎn)物氫氣危險(xiǎn)性都非常高，所以CVD沉積硅碳材料的產(chǎn)業(yè)化過程中，會(huì)面臨很多的安全問題。另外還有成本問題以及設(shè)備問題，之前沒有專業(yè)的設(shè)備去開發(fā)這種材料，所以設(shè)備的放大過程也需要時(shí)間。

中國粉體網(wǎng)：張老師，我剛才和另外一位老師進(jìn)行了探討，當(dāng)下硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化，他認(rèn)為CVD法最有可能是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的一種技術(shù)，您是不是也這樣認(rèn)為呢？

張老師：我不這樣認(rèn)為，我認(rèn)為目前整個(gè)行業(yè)，尤其國內(nèi)的行業(yè)，對(duì)于CVD非常的推崇，就是大家認(rèn)為CVD應(yīng)該是一個(gè)終極路線。在我看來，硅碳的兩種技術(shù)路線發(fā)展類似于磷酸鐵鋰和三元材料的正極材料，人造石墨和天然石墨的負(fù)極材料的技術(shù)路線發(fā)展。

前些年，磷酸鐵鋰在市場(chǎng)上已經(jīng)很難生存，因?yàn)樗媾R著很多的問題，包括容量低、低溫性能差等，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前磷酸鐵鋰的市場(chǎng)占比急劇上升，在整個(gè)乘用車領(lǐng)域，磷酸鐵鋰的份額占比非常大。

天然石墨和人造石墨，目前，人造石墨在動(dòng)力電池領(lǐng)域份額占比非常大，但實(shí)際上天然石墨通過國內(nèi)外大型企業(yè)的開發(fā)、技術(shù)的改進(jìn)，使它在動(dòng)力電池領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

所以，我的觀點(diǎn)是無論CVD硅碳和納米硅，哪種材料在未來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，都要取決于它的成本，取決于市場(chǎng)的細(xì)分，不是說一個(gè)路線取代另外一個(gè)路線，應(yīng)該是根據(jù)市場(chǎng)的細(xì)分需求，共存的多種路線共同發(fā)展。而且納米硅，它具有降本的空間，未來在成本上具有優(yōu)勢(shì)，所以，如果通過技術(shù)的進(jìn)步使納米硅在性能上追趕CVD硅碳，那么它未來的發(fā)展前景將會(huì)非常好。

中國粉體網(wǎng)：張老師，CVD法制備硅碳負(fù)極有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

張老師：優(yōu)點(diǎn)：CVD法工藝路線制備的材料結(jié)構(gòu)非常理想，是將納米尺度的硅嵌入到碳中，這種材料從循環(huán)、膨脹等各方面都非常優(yōu)異。

缺點(diǎn)：CVD法工藝具有特殊性，存在安全問題、設(shè)備放大問題、成本控制問題，所以未來產(chǎn)業(yè)化會(huì)面臨非常嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

中國粉體網(wǎng)：張老師，目前納米硅及硅碳負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化情況如何？

張老師：通過砂磨法制備的第一代納米硅，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，從各方面都不能滿足電池的需求。從目前的研究情況來說，研磨法制備納米硅和硅碳也是技術(shù)含量非常高的。以前制備的納米硅碳存在分散等問題，我認(rèn)為是因?yàn)楹芏嗌钊氲膯栴}沒有研究透，而目前我們?cè)谧龅漠a(chǎn)業(yè)化的納米硅和硅碳，從國內(nèi)外的測(cè)試結(jié)果來看，性能非常好。目前，納米硅材料的發(fā)展并沒有達(dá)到初期預(yù)想的結(jié)果，所以一定要進(jìn)行深入研究。同時(shí)因?yàn)槲覈墓夥Y源非常豐富，納米硅的原料基本上是來源于光伏，原料價(jià)格低廉，所以納米硅材料未來的降本空間將會(huì)非常大。

CVD硅碳材料的性能非常好，但是因?yàn)樵系奶厥庑裕谖磥頃?huì)面臨一些挑戰(zhàn)。

總的來說，這兩種材料都有很大的發(fā)展空間。

中國粉體網(wǎng)：張老師，您認(rèn)為硅碳負(fù)極材料的前景如何？

張老師：我認(rèn)為硅碳負(fù)極材料具有非常好的發(fā)展前景，因?yàn)榍懊嬷v過石墨負(fù)極已經(jīng)達(dá)到了接近于理論容量，而目前鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域都要求高能量化，所以從容量方面來說必須要引入硅碳。硅碳負(fù)極材料無論哪種路線，只要能夠滿足電池的性能，那么它未來的前景就一定會(huì)非常好。

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