中国粉体网讯 锂离子电池自20世纪70年代问世以来发展迅速，目前已被广泛应用于便携式电子设备、交通工具、储能电站及航空航天等领域。将高稳定性的碳材料与高容量的硅材料进行复合，不仅可以给锂离子提供更加快捷的传输通道，而且可以有效地抑制整体体积膨胀，从而保持电极的完整性，提高电池循环稳定性。
纳米硅
当硅材料尺寸小于150nm时，锂离子嵌入导致的体积膨胀所产生的内应力不足以驱动裂纹的进一步扩展，此时硅材料不会发生破碎和粉化。因此，应用于硅碳负极的硅材料至少在一个维度上要低于150nm，以此为基体制得硅碳负极材料，可以有效解决硅在嵌脱锂过程中的体积膨胀并具有比较理想的嵌锂容量。所以，硅的纳米化制备成为锂离子电池硅基负极材料的一个主要研究方向。
纳米硅粉的可控和规模化制备为后续实现以纳米硅为基构筑复合、稳定和高导电性的锂离子电池硅碳负极材料提供了保证。
目前纳米硅粉的制备主要采用自上而下和自下而上的2种方法。前者是利用物理的方法使块状硅原料从大到小不断地破碎达到需求的尺寸，后者是利用物理或者化学的方法对硅源材料进行分解或者裂解，通过沉积的方法获得所需尺寸的纳米硅颗粒。研究较多的主要有化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法和机械研磨法。
美国、日本等国家的企业对纳米硅粉的研究起步较早，日本帝人、美国杜邦等企业均可以用等离子蒸发冷凝法进行纳米硅粉的制备。
我国对纳米硅粉研制起步较晚，由于制备工艺水平限制以及成本问题，大多数厂家还是以机械研磨法为主，生产出来的纳米硅粉与国外等离子蒸发冷凝法制备的产品还是有差距。如何有效控制纳米硅粉的形貌和粒径，如何降低成本，实现纳米硅粉的大规模生产，还是行业内需要一直探索的问题。
硅碳负极材料产业化应用及发展趋势
相比传统石墨，硅碳负极材料在容量方面具有明显的优势。随着对锂离子电池能量密度的要求不断提高以及电池厂商对于高镍体系掌握的逐步成熟，硅碳负极材料的应用已逐步展开。
硅基材料应用于新一代负极已经形成共识，硅基负极应用车企在今年已明显提速。除较早应用硅基负极的特斯拉以外，包括蔚来、智己和广汽埃安在电池技术上均涉及硅负极。在宁德时代、国轩高科、星恒电源、比克、亿纬锂能等电池厂商高比容量电池方案中，硅碳负极被明确列为发展方向。
据行业专家反馈当前2023年掺硅负极电池市占率不足3%，预计年内能达到5%。从新能源汽车的长远发展来看，在动力锂电池追求高能量密度和低成本的趋势下，硅碳负极优势明显。相信随着硅碳负极制备工艺的不断完善和产业规模化的逐步成熟，硅碳负极材料将迎来更为广阔的市场。
针对各类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10月25-26日在东莞举办第二届先进负极材料技术与产业高峰论坛。届时，天津师范大学研究员张波将作题为《硅碳负极中纳米硅的研究进展》的报告。报告将系统介绍硅碳负极的研究进展和产业化开发现状，并对硅碳负极材料中纳米硅的发展进行较详细的阐述，通过对硅碳负极的不同工艺路线的优缺点进行比较，并对硅碳负极材料的未来发展进行展望。
专家简介：
张波，男，47岁，博士，研究员。2010年博士毕业于南开大学新能源材料化学研究所，一直进行锂电负极材料的研究和产业化工作。曾经在天津渤海化工集团从事导电炭黑研发、在中海油主持完成了锂离子电池负极材料的产业化项目，项目金额近千万元。国外学术期刊发表SCI收录论文多篇，被引用近八百余次。2014年进入天津师范大学能源材料工程中心后开始硅碳负极材料的产业化开发，并先后主持进行了多项关于锂离子电池负极材料的校企横向课题的研究工作。2015年获得天津市自然科学二等奖。主要研究方向为中间相炭微球、硅碳负极材料、快充石墨负极、低温负极材料以及天然石墨负极等课题的研究。
参考来源：
张佃平等. 纳米硅的定向生长制备及在锂电池中的应用研究
范亚昆等. 热等离子体法制备球形纳米硅粉
郝浩博等. 锂离子电池硅基负极材料研究与进展
硅碳负极行业现状及趋势探讨.跬步智千里
（中国粉体网编辑整理/苏简）
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