2023年3月31日，由上海钢联资讯科技有限公司主办，上海期货交易所、索通发展股份有限公司协办的2023 新型负极材料创新研究与应用研讨会在长沙世景广场皇冠假日酒店召开。
31日会上，清华大学魏飞教授就《包覆与导电剂接触对硅负极材料影响》进行演讲。报告从三个部分展开。
一、硅负极材料的副反应与结构设计
磷酸铁锂电池由正极、负极、隔膜及电解液四大关键材料构成，其产业链上游主要为锂矿、磷矿及铁矿等原料，加工成磷酸铁锂用于制造三元电池与磷酸铁锂电池，下游市场主要为动力电池，储能电池与消费电池领域。
锂离子电池具有高能量和高功率密度等优势，但在能量密度方面还有待提高，其中Si基材料是目前最有潜力的材料，Si基负极具有高能量密度、高安全性、高储量等优点，但循环稳定性低于石墨负极，其主要因硅相比较石墨导电性差。原始硅电极在经过化学反应之后，体积膨胀至300倍以上，变为循环硅负极，重复此反应，至表面材料粉碎，出现电气隔离，形成不稳定的固体电解质界面。
针对Si基负极导电性的问题，可以通过两种办法解决：一种是在Si里嵌入石墨，另一种是碳包覆，但这两种方法并不能解决稳定界面问题。
此时可以通过合金化与纳米化来维持硅负极的形貌稳定，避免后续循环过程中Si与电解液的直接接触。电解液的改进也是解决方法之一--使用人造SEI，在前期构筑稳定的SEI界面，阻止后续电解液的消耗。
二、包覆完整性对负极材料的影响
对负极材料，包覆的完整性是极为重要的，失效的硅电极会导致F元素的聚集，Si电极中还会有化学副反应发生，副反应活化能低，很容易发生，而碳对此副反应有催化作用，会加快反应的进行。
现有SiOx、SiNx复合材料与硅/陶瓷/碳复合材料可以作为包覆材料，硅/陶瓷/碳复合材料具有制备量大、易放大、制备过程简单、寡层石墨烯包覆提高导电性、循环稳定性明显改善、容量发挥较好、倍率性能优秀等优点。其流程为：流化床制备-材料粉体表征筛选-电极浆料制作-电池组装-电化学性能测试。
硅对SEI的影响巨大，在氟离子与硅的接触导致副反应发生的时候，碳层和生成的SEI不能阻止氟离子的渗入，此时，引入选择性通透层可以有效阻止氟离子的渗入，这样既不影响锂离子的传输，导电性又好。氮化钛层能够有效抑制氟离子的渗入，阻止副反应的发生，电化学性能得到了显著提升。
但在循环的前期，Si@TiN 容量有一个快速衰减的阶段，存在着TiN层破碎的问题，针对此问题，主要解决方法为碱溶法，对硅、硅氧碳包覆完整性有效。
硅/陶瓷/碳核壳材料制作方法为：对微米级原粉使用含碳浆料喷雾造粒，使其粒径小不易流化；随后使用碳源气体进行CVD包覆，形成二级结构颗粒，此时大小为100μm左右,易流化高孔隙率为20%；最后形成硅/陶瓷/碳复合结构，寡层石墨包覆至10层。在电化学测试中:500圈容量保持率为83%、库伦首效为75.1%、SEI生长显著抑制、循环150圈基本无衰减为1600mAh/g、CV显示循环十分稳定，碳包覆明显提高了导电性降低电池内阻。
三、硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备
单体电池材料的一致性对电池组至关重要,未来将达到千万吨级产量，目前的生产技术面临着工程问题。在密碳化硅反应过程中，不能引入金属杂质，也不能使用金属反应器，包碳过程中使用石英反应器，碳化过程使用石墨反应器
均匀包碳是保证材料一致性的关键。气固非催化反应，高温下反应速率对温度敏感，流化床反应器传热系数比固定床反应器高5个数量级，温度、颗粒分布均匀，更容易保证材料的一致性。
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