1、負(fù)極材料新一輪技術(shù)迭代，硅基負(fù)極帶來(lái)新優(yōu)勢(shì)硅基負(fù)極能量密度優(yōu)勢(shì)明顯，與碳復(fù)合為未來(lái)方向鋰電池負(fù)極材料對(duì)于鋰離子電池起關(guān)鍵作用。在充電過(guò)程負(fù)極材料中不斷地與鋰離子發(fā)生反應(yīng)， 將鋰離子“擒獲并存儲(chǔ)”起來(lái)，亦將外部的功以能量的形式存儲(chǔ)在電池中。在電池的放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極，電池對(duì)外做功。因此，鋰離子與負(fù)極材料的可逆反應(yīng)能力決定著鋰離 子電池的儲(chǔ)能效應(yīng)，鋰離子電池性能的提高在一定程度上取決于對(duì)負(fù)極材料性能的改善。鋰電池負(fù)極材料主要

2、分為碳類(lèi)材料和非碳材料。碳類(lèi)材料包括天然石墨負(fù)極、人造石墨負(fù)極、軟炭 (如焦炭) 負(fù)極、硬炭負(fù)極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等，非碳基材料主要分為硅基及其復(fù)合材料、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。圖 1：負(fù)極材料分類(lèi)《鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展——武明昊》，硅負(fù)極理論比容量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。目前廣泛使用負(fù)極材料是石墨材料，但商業(yè)化的石墨負(fù)極容量發(fā)揮已接近其理論比容量（372 mAh/g），限制其進(jìn)一步的應(yīng)用，因此迫切需要開(kāi)發(fā)出具有更高比容量的負(fù)極材

3、料。而硅負(fù)極具有很高的理論比容量（4200 mAh/g）和較低的電化學(xué)嵌鋰電位，快充性能優(yōu)異，這正是便攜式電子產(chǎn)品、無(wú)人機(jī)、新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能電池系統(tǒng)等一系列新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的迫切需要。圖 2：商業(yè)化負(fù)極材料比電容對(duì)比新能源汽車(chē)市場(chǎng)與基礎(chǔ)設(shè)施月度監(jiān)測(cè)與分析，硅碳復(fù)合材料與硅氧復(fù)合材料是硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線(xiàn)。目前，硅基材料的主要發(fā)展方向是硅碳復(fù)合材料與硅氧復(fù)合材料。硅碳復(fù)合材料是指納米硅與石墨材料混合，硅氧復(fù)合則是通過(guò)在高溫下氣象沉淀硅與二

4、氧化硅（SiO2），使硅納米顆粒（2~5nm）均勻分散在二氧化硅介質(zhì)中制得氧化亞硅（SiO），再與碳復(fù)合制成。氧化硅材料既能發(fā)揮硅的高容量?jī)?yōu)勢(shì)，又能夠抑制硅的體積變化。硅氧負(fù)極的綜合性能較好，是下一代高比能硅基負(fù)極材料的選擇。在硅氧負(fù)極中的 Li+在 SiO 中 具有更高的擴(kuò)散速度，表現(xiàn)出更好的倍率性能；同時(shí)，嵌鋰過(guò)程中體積膨脹也顯著小于硅碳負(fù)極，循環(huán)壽命更長(zhǎng)。近年來(lái)，硅氧負(fù)極的首次效率經(jīng)過(guò)材料廠家的努力已經(jīng)提升顯著，其更優(yōu)的綜合

5、 性能為未來(lái)硅基負(fù)極的發(fā)展指明方向。表 2：硅系負(fù)極材料比較類(lèi)型 硅碳負(fù)極 硅氧負(fù)極理論克容量（mAh/g） 4200 2700體積膨脹 280% 160%循環(huán)壽命 較短 較長(zhǎng)首次效率 較高 較低快充性能 較低 較高倍率性能 較高 較高安全性 較低 較高資料來(lái)源： 《Systematic electrochemical characterizations of Si and SiO anodes for highcapacity Li-

6、Ion batterie——Ke Pan》 ，圖 4：硅碳負(fù)極材料微觀結(jié)構(gòu) 圖 5：硅氧負(fù)極材料微觀結(jié)構(gòu)GGII， GGII，制備方法：機(jī)械球磨法較先應(yīng)用，但尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化方法。硅基負(fù)極生產(chǎn)技術(shù)可分成機(jī)械球磨法、化學(xué)氣相沉積法、高溫?zé)峤夥?、溶膠凝膠法，其中機(jī)械球磨法對(duì)設(shè)備要求較為簡(jiǎn)單，制造成本較 低，在工業(yè)化量產(chǎn)中應(yīng)用較廣。球磨可以促進(jìn)原料顆粒之間的均勻混合并獲得較小的粒徑，同時(shí) 顆粒之間空隙也有利于電池的循環(huán)性能的提高。表 3：主要硅