中国粉体网讯 近年来，高性能负极材料成为目前锂离子电池的研究热点之一，硅基负极材料更是因其理论比容量远超石墨负极，成为行业突破能量密度瓶颈的核心方向。2025年6月24-25日，由中国粉体网主办的第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛暨2025CVD硅碳负极材料前沿技术论坛在安徽合肥举办。
在此期间，中国粉体网采访到了上海大学施利毅教授，就硅基负极材料产业化等一系列问题进行了探讨交流。
中国粉体网：施教授，请您谈一下目前硅基负极产业化面临的难题有哪些？
施教授：目前硅基负极材料产业化面临以下难题：（1）体积膨胀大：硅在嵌锂/脱锂过程中体积膨胀率高达300%，会导致硅材料颗粒粉化，使硅颗粒与导电剂之间电接触变差，还会造成SEI膜不断破裂与重生，大量消耗活性锂和电解液，加速电池容量衰减与老化；（2）导电性差：硅颗粒的导电性比碳材料差，这会导致电子在电极中难以有效传输，造成极化偏大，影响电池的倍率性能，加速电池老化；（3）首效低：由于硅颗粒纳米化后比表面较大，在化成过程中生成SEI膜会大量消耗活性锂，首次放电时无法完全发挥充电时的容量，首效较低。另外，还包括匀浆易产气、生产工艺批次一致性较差、放大难度大、成本较高等问题，这些都会影响硅基负极产业化。
中国粉体网：面对这些难题，您团队有哪些研究成果可以做出有效应对吗？
施教授：针对上述部分难题，我们团队主要从硅基负极结构设计和胶粘剂功能化等方面开展创新研究。主要包括：片状结构纳米硅设计，这对提升硅基负极性能方面有一定帮助，主要体现在：（1）缓解体积膨胀，提升结构稳定性。片状结构的纳米硅在嵌锂过程中，体积膨胀主要沿片层厚度方向（二维膨胀），而非传统颗粒的三维膨胀，可减少应力集中。片状结构堆叠时为体积膨胀提供缓冲空间，同时避免颗粒直接挤压导致的电接触失效；（2）改善导电性，优化电子传输。片状硅的大平面尺寸（微米级横向尺寸）可与导电剂（如石墨烯、碳纳米管）形成更紧密的面-面接触，构建连续的二维导电网络，缩短电子传输路径，有利于极化电阻降低。对优化SEI膜稳定性，提升首效、循环寿命与倍率性能等等体现出一定的优势。除了片状结构纳米硅材料外，我们还开发多元杂化硅基负极材料、多功能硅基负极胶粘剂等新型材料，希望通过一系列技术创新，助力解决影响硅基材料实用化的难点和痛点。
中国粉体网：施教授，通过多元杂化体系设计，可以有效抑制充放电过程中硅体积膨胀，请您简单介绍一下设计机理。
施教授：多元杂化硅基负极材料设计主要通过硅颗粒功能化、多维导电网络构筑、原位共价有机框架聚合物合成等来实现，在结构设计、界面优化及电化学性能调控基础上，实现以下设计目标：（1）利用有机聚合物优先锂化膨胀特性可实现对硅体积膨胀调控，提升结构稳定性；（2）构建高效导电网络，改善导电性，锂化有机聚合物具有高的离子、电子传递能力；（3）通过有机聚合物与极性粘结剂形成氢键网络，有助于解决电极脱落问题；（4）有机聚合物结构层可诱导锂盐分解形成稳定的SEI膜，减少SEI膜反复破裂/重建。总体来说，通过“刚性限域+柔性适配”“导电通道+离子诱导”等机制，多层次优化硅碳负极性能，尤其希望在抑制体积膨胀、稳定SEI膜及提升倍率性能等方面展现特色和优势。
中国粉体网：施教授，与传统硅负极相比，硅负极结构的纳米化为什么可以实现性能的长期稳定性？
施教授：硅基材料纳米化（如纳米硅颗粒、纳米线等）是改善硅基负极性能的重要技术路径之一，与传统硅基负极（如微米级硅颗粒）相比，其优势主要体现在缓解体积膨胀导致的结构失效，柔性结构适配，提升离子/电子传输效率，增大反应界面等方面，同时，纳米硅可与碳纳米管、石墨烯等复合形成网络，减少界面阻抗。且纳米级硅颗粒更易被碳层、聚合物等均匀包覆，形成稳定SEI膜，避免微米硅因包覆不均导致的电解液渗透问题。但是，纳米硅也存在比表面积增大引发副反应加剧，容易导致SEI膜持续生长，电解液消耗增加、纳米硅分散较为困难等问题，且纳米化技术成本相对较高、设备投资较大。需要在性能提升与产业化成本间寻找平衡点。
中国粉体网：施教授，最后请您预测一下硅基负极实现大规模产业化的时间。
施教授：2025年硅基负极材料已呈现出产业化加速的趋势。一方面，随着CVD法技术普及，以及其他新技术的发展，长期制约硅碳负极的膨胀率问题已取得一定进展，头部厂商产能扩充计划密集落地，预计2025年行业总产能将不断增加。在消费电子端，硅基负极的市场渗透率逐步提高，在动力电池端也有多个示范项目陆续落地实施。从长期来看，随着固态电池产业的发展，硅基负极作为关键突破口，其重要性日益凸显。根据宏观分析以及多家企业的技术规划，预计2027年固态电池进入汽车市场，2030年实现大规模量产，这将进一步推动硅基负极材料在2030年左右实现大规模产业化。当然，这仅仅是一家之言，仅供参考。
（中国粉体网编辑整理/初末）
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