钜大LARGE | 点击量：1395次 | 2021年06月15日
硅碳负极材料是电池负极材料的发展重点
锂离子电池厂家预测硅碳负极材料是锂离子电池负极材料的发展重点。目前，我国硅、碳原料的产量基本上自用有余，价格相对稳定，性价比高。硅碳材料作为基础性材料早已渗入到人们的日常生活当中，在新能源领域正逐渐改变着人类社会的交流和生活方式。
锂离子电池厂家预测硅碳负极材料是锂离子电池负极材料的发展重点
硅基负极材料因具有较高的理论储锂容量,将替代传统的石墨负极材料成为下一代锂离子电池最有前景的负极材料之一。然而,硅作为负极材料体积膨胀率大、导电率低、易被电解液分解出现的HF腐蚀,这些缺点限制了其在商业应用中的发展。
碳具有稳定性高、导电性好、价格低、来源广等优点,但其理论储锂容量较低,仅约为硅的1/10。为解决锂离子电池硅材料存在的问题,目前重要采用将硅与碳进行复合的办法,制备出储电量高、导电性好、循环性能优异的硅-碳复合负极材料。
目前硅碳负极材料的总产量尚不足锂电负极材料的1%，不过随着各大负极材料锂离子电池厂家的扩产和新公司的崛起，预计硅碳材料在近几年会正式大批量进入市场。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
硅是目前人类至今为止发现的比容量最高的锂离子电池负极材料,是一种最有潜力的负极材料，硅材料的理论比容量很高，硅碳符合后能量密度可提高达200%以上，既能满足便携式大功率电源的容量要求，也能满足混合电动汽车对锂离子电池提出的高功率要。
硅碳负极材料的研究难点
体积膨胀导致的循环寿命、安全问题，为了解决这些问题又会出现新的有关制备、成本的问题。硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，从而降低了其首次库伦效率，其直接效应也是使锂离子电池循环寿命变差。所以硅碳负极的应用要较高的技术壁垒。
在充放电过程中，硅的体积会膨胀100%-300%，不断的收缩膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命。硅的膨胀会在电池内部去出现巨大的应力，这种应力会对极片造成挤压，从而出现极片断裂；还会造成电池内部孔隙率降低，促使金属锂析出，影响电池的安全性。
解决体积膨胀的问题可以通过控制碳材料中硅的含量、减小硅体积到纳米级；或改变石墨质地、形态，实现碳和硅的最佳匹配；或者采用其他物质对硅进行包覆，促进膨胀后的复原；还可以采用更适宜的电极材料等一系列方法来减少硅膨胀带来的诸多问题。
尽管目前关于硅颗粒嵌锂膨胀、SEI膜不断破裂生长消耗锂源和电解液等问题还没有非常完美的解决方法，然而经过国内外各大公司和科研院所的多年努力，部分纳米硅碳负极材料已得到电芯公司的认可。
国内硅碳负极产业化尚处于初期，但技术进步非常明显，其硅碳负极的研发和生产一直处于国内领先水平。预计2020年硅碳负极材料市场空间50亿左右，同时市场集中度将非常高。
硅碳负极作为新型锂离子电池负极材料，在提升电池能量密度方面比当前石墨负极更高效。但是由于其在应用方面存在较高壁垒，所以在国内还处于产业化前期。
国外方面，松下已经实现含硅碳负极材料的18650电池的量产，而特斯拉已经将硅碳负极应用于车用动力锂电池，硅碳负极材料应用前景越来越光明，未来硅碳负极材料很可能成为负极材料中的佼佼者。
