中国粉体网讯 当前商业化锂离子电池负极材料主要为天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但石墨负极理论比容量只有372mAh/g，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。
由于硅具有较高的理论比容量（4200mAh/g）和较低的嵌锂电位，在锂电负极领域受到广泛关注。但是硅材料作为锂电负极时存在缺陷，即锂嵌入脱出硅的晶胞时，会导致硅材料发生严重的体积变化，造成容量衰减迅速。研究发现，将硅与其他材料复合能够有效缓解硅材料的体积效应，增长其循环寿命，其中，硅碳复合是具有良好应用前景的策略之一。硅碳复合材料中硅作为活性物质提供储锂容量；碳作为分散基体缓冲硅颗粒脱嵌锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触。目前硅碳复合材料受到越来越多的重视。
用纳米硅粉制备的硅碳复合材料具有良好的应用前景，但是纳米硅粉的生产成本较高，这是制约硅碳负极材料实用化的主要障碍之一。目前，纳米硅粉的制备方法主要包括机械球磨法、化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法等。
①机械球磨法
机械球磨法是利用机械旋转及粒子之间的相互作用产生的机械碾压力和剪切力将尺寸较大的硅材料研磨成纳米尺寸的粉末。该方法研磨过程需加入助磨剂，易引入杂质，产品纯度较低，且颗粒为不规则形状，粒径分布不能有效控制，后处理比较繁琐，生产效率偏低，并不适合进行大规模工业生产。
②化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种以硅烷（SiH4）为反应原料进行纳米硅粉生产的技术。根据诱发SiH4热解的能量源不同，可分为等离子增强化学气相沉积法（PECVD）、激光诱导化学气相沉积法（LICVD）和流化床法（FBR），其中PECVD和LICVD是目前生产纳米硅粉最主要的工业生产技术。
③等离子蒸发冷凝法
该方法是近10年来用于制造高纯、超细、球形、高附加值粉体的一种安全高效的方法。通过等离子热源将反应原料气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过快速冷凝技术，冷凝为固体粉末。等离子体的局部电子温度（Te）、离子温度（Ti）以及气体温度（Tg）几乎一致，可达10000K以上，非常适合制备与合成各类金属纳米粉体以及碳化物、氮化物纳米粉体。该方法制备的纳米硅粉纯度高、粒度可控、生产效率高。
纳米硅粉制备技术的提升，对于硅碳负极的实际应用有重要意义。针对负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于9月20-21日在青岛举办2022先进负极材料技术与产业高峰论坛，旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，中科院合肥物质科学研究院陈健研究员将作《合金法低成本制备纳米硅碳负极材料技术》的报告。报告将会对合金法低成本制备纳米硅碳负极材料技术进行介绍，主要内容如下：
该项目采用Al-Si合金法结合特殊的细化技术成功地制备了珊瑚状、分枝的直径为150nm左右的纳米硅粉，用该硅粉制备的硅碳材料用于锂电池负极，其容量获得了大幅度的提升，同时材料的循环寿命，倍率和抗团聚性能得到显著的提高，制备的硅碳负极材料在1mg/cm2的负载量、500mA/g电流密度下的循环1000圈，依然保留1000mAh/g的可逆比容量，显著优于CVD方法制备纳米硅粉制备的硅碳负极材料，具有大规模低成本生产的良好前景。
专家简介：
陈健，中科院合肥物质科学研究院研究员、博士导师，中国科学院“百人计划”入选者。1995年在中科院金属所获得博士学位，之后在加拿大、美国等多家科研机构从事科研工作。2011年回国到中科院合肥物质科学研究院担任研究员，主要从事高纯硅材料的制备与应用技术研究。研发的合金法制备硅碳材料用于锂电池负极使其容量获得了大幅度提升，同时材料的循环寿命、倍率性能也得到显著的改善，具有大规模低成本生产的良好前景。在行业知名期刊上发表SCI论文100余篇，并申请发明专利20余项。
参考来源：
程振雷等.硅碳复合材料制备方法研究进展
张思源等.纳米硅粉制备技术及发展前景展望
（中国粉体网编辑整理/文正）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
