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，胜华新能源科技(眉山)有限公司教授韩凯就《胜华新材硅基负极材料研究与产业化进展》进行演讲。报告从两个部分展开。
一、硅基负极材料开发进展
硅（Si）-最具潜力的下一代锂离子电池负极材料，负极中硅材料的使用是实现＞350Wh/kg锂离子电池的有效路径。与芯片领域相反，锂电池负极材料领域，硅的时代正在来临，预计至2025年，全球硅基负极材料市场用量将接近10万吨，市场约150亿元。
目前硅负极存在的本征问题有体积膨胀、低扩散系数、不可逆反映，从而引发的问题有活体材料粉化、导电网络失效、首充效率低和SEI膜阻抗打，解决方案要从纳米化复合化表面包覆对硅进行改进，或添加新型粘合剂与电解液添加剂。
硅负极材料产品路线，产业化量产的硅基负极有硅碳、硅氧两种路线。胜华新材目前产线：硅氧负极产线批量生产、CVD沉积硅碳中试突破、多孔微米掺杂型硅基础研发储备。
代表性硅基负极材料产品P01包覆型硅氧、H02预锂型硅氧能够稳定量产、第四代沉积法硅碳S01沉积硅碳目前处于中试量产、与定制化阶段。
二、关于硅碳材料的一些基础认识
硅碳协同如此重要，如何理解碳结构对硅性能的影响？
案例1原位包覆无定型碳层结构调控：基于纳米AlSi合金粉刻蚀的纳米硅/氮掺杂多孔碳材料制备路线，酸处理后核壳结构保持良好，硅晶格间距0.31nm（111）晶面被碳层连续包覆；随聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用量的增加，碳层厚度逐渐增大；传统包覆法所得Si/NC复合材料中硅颗粒周围出现大量零散无定型碳。倍率性能（快速充放电容量）放电容量2000mAh/g以上，倍率容量保持率90%以上，刻蚀所得纯Si性能优于商业纳米Si，归因于残余铝作用。循环性能（100次）包覆碳层薄（碳量少）反而会“堵孔”，循环性能变差88%Si/p-NC复合材料在500,1000,2000,3000mA/g电流密度，100次循环后容量分别为1826,1730,1603,1573mAh/g
案例2石墨/硅材料复配工艺优化：快速充放电长循环性能（1000次）5000mA/g电流密度（15min充电）1000次循环后容量为434mAh/g，保持率仅为33%长循环稳定性能有待提高（极片厚度从6μm膨胀为10μm，部分区域与集流体脱落）。为什么与石墨复合使用？——石墨具有优异结构稳定性，纳米硅/多孔碳复合材料快速充放电容量已提高，但其快速充放电长循环（1000次）容量保持率仅为33%。与现有正负极材料匹配：石墨容量对整体材料影响较小目前正极材料体系下，负极容量临界值为1000mAh/g左右，大于临界值，仅靠负极容量增加难以进一步提高电池整体容量。思路1：纳米硅与石墨液相复合工艺，思路2：纳米硅与石墨热熔融复合工艺
案例3石墨烯/碳纳米管包覆结构设计：先制备、后复合，自支撑薄膜负极。硅/石墨烯/碳纳米管复合薄膜负极：在Si颗粒间引入CNT，提高Si分散性，并与石墨烯片层构筑三维导电网络，以提高颗粒间电子传导效率。
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