中國粉體網(wǎng)訊 作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一，負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的最終性能起著至關(guān)重要的作用。2023年2月9-10日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”于山東青島隆重召開。會(huì)議期間，針對(duì)各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況，我們邀請(qǐng)到業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、優(yōu)秀企業(yè)代表做客“對(duì)話”欄目，進(jìn)行訪談交流。
前言：石墨類負(fù)極是鋰電負(fù)極市場的主流，但由于石墨材料的比容量已接近理論比容量極限372mAh/g，進(jìn)一步提升空間有限，限制了高性能鋰離子電池的發(fā)展。硅基負(fù)極材料因其具備高理論容量、低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，被視為最具潛力的下一代負(fù)極材料。
但硅基負(fù)極材料要想真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，需要面對(duì)三個(gè)方面的挑戰(zhàn)： 一是體積膨脹問題；二是應(yīng)力積累和裂紋的產(chǎn)生問題；三是不穩(wěn)定的SEI。
為了充分利用硅的高比容量，改善其缺陷，研究人員做了大量的研究。其中，最有效的策略之一就是制備硅/碳復(fù)合材料，這種方法可以綜合利用硅的高比容量和碳材料良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。
此次，中國粉體網(wǎng)邀請(qǐng)到了中科院金屬所李峰研究員做客“對(duì)話”訪談欄目，帶我們深入了解硅碳負(fù)極研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)。
李峰，中國科學(xué)院金屬研究所研究員，國家杰出青年基金獲得者，博士生導(dǎo)師。
研究方向：電化學(xué)能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換用材料及器件的制備和應(yīng)用。
粉體網(wǎng)：請(qǐng)您先簡單介紹一下您課題組在硅碳負(fù)極方面的科研工作？
李峰研究員：我的課題組主要是做碳材料，硅碳材料是碳材料的延伸。目前硅碳材料的研究，尤其是基礎(chǔ)性研究，已經(jīng)從材料的結(jié)構(gòu)向材料的應(yīng)用發(fā)展。我特別關(guān)注于硅基材料的應(yīng)用，在應(yīng)用里面，有幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)在做一般研究的時(shí)候比較容易忽略。一個(gè)是在一定載量下面的容量發(fā)揮；第二個(gè)是硅本身使用條件下的狀態(tài)變化，比如壓實(shí)密度、對(duì)于電解液的相容性等等。這些都是我目前研究的方向，尤其是硅碳研究時(shí)最主要的幾個(gè)方面，我也希望這些研究能夠促進(jìn)硅碳材料的發(fā)展。
還有一個(gè)比較重要的方向是硅負(fù)極極片的發(fā)展，就是使用硅材料如何形成很好的極片，尤其是在使用條件下的極片，能夠?qū)崿F(xiàn)高庫倫效率。尤其是現(xiàn)在作為普通石墨類負(fù)極材料可以達(dá)到92%以上庫倫效率的指標(biāo)下，作為硅碳，在一定的極片的情況下，如何能夠達(dá)到90%以上的首次庫倫效率。這也是我最近最關(guān)注的內(nèi)容之一。
粉體網(wǎng)：您認(rèn)為硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化的最大阻礙是什么？
李峰研究員：硅碳負(fù)極其實(shí)大家都一直非常關(guān)注，而且現(xiàn)在已經(jīng)有了小量的、批量的生產(chǎn)，無論是硅碳還是氧化亞硅。后面應(yīng)該在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，從百噸到千噸，甚至到萬噸的規(guī)模在發(fā)展。
影響硅碳負(fù)極應(yīng)用的最大阻礙還是如何把硅基材料很好的應(yīng)用到電極里面，這里面其實(shí)是一系列的過程，包括極片的加工、混料等等。而且要有針對(duì)性的一些應(yīng)用，比如最典型的，現(xiàn)在硅材料應(yīng)用最多的圓柱電池。之所以把硅材料應(yīng)用于圓柱電池的原因，在于它在膨脹的時(shí)候是比較均勻的徑向的膨脹，所以說它在受應(yīng)力的條件下會(huì)小一些，綜合性能比較好。同時(shí)，我們在研究的時(shí)候，也應(yīng)該注重在使用條件下，如何達(dá)到它的性能指標(biāo)。
在滿足以上條件下，我覺得硅材料還是非常有希望的。
粉體網(wǎng)：您認(rèn)為硅碳負(fù)極相較于硅氧/碳負(fù)極最大的優(yōu)勢在哪里？
李峰研究員：硅氧負(fù)極相比于硅碳負(fù)極最大的問題在于平臺(tái)要高一些，同時(shí)容量，單純SiOx的容量，要比硅碳負(fù)極低一些。但是從應(yīng)用的角度，硅氧負(fù)極的分散性更好一些。所以最近市場上硅氧負(fù)極開始走量，而硅碳負(fù)極在原來的基礎(chǔ)上，增長速度不及硅氧負(fù)極。
粉體網(wǎng)：您覺得我國在硅碳負(fù)極產(chǎn)研結(jié)合方面存在哪些優(yōu)勢與弊端？
李峰研究員：首先，我們的研究人員很多。大學(xué)、研究所，還有企業(yè)，而且企業(yè)也是投入了相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量，包括從材料，到器件都有。大體量是我們研究的最大優(yōu)勢，而且更加容易接近于應(yīng)用。材料的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程，而不是單純的材料本身的性能。比如對(duì)于材料設(shè)備，這個(gè)設(shè)備包括材料本身的制造設(shè)備，比如粉體材料的制備；還有對(duì)于整個(gè)材料的處理，也是粉體的處理過程，只有把這個(gè)過程做的很好，我覺得我們現(xiàn)在有很好的設(shè)備基礎(chǔ)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)。
如果說不足的地方，就是相對(duì)來說，材料的研究進(jìn)展，從最開始的基礎(chǔ)研究，接著到中試，再到放大過程，雖然說有很多嘗試，但是現(xiàn)在來說，市場的接受程度還是較弱。我認(rèn)為其中最主要的問題，在工藝研究這一方面，還是沒有完全能夠滿足電池廠的需要。提高的地方可能包括很多的方面，比如我最開始講的我的研究方向，主要關(guān)注它的工藝性能。但是更多的是，在我們現(xiàn)有的設(shè)備的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)這些工藝性能，我覺得這可能是我們現(xiàn)在面臨的最大的問題。比如我們?nèi)绾卧谲洶姵乩锩�，很好的�?yīng)用硅負(fù)極。如果一旦能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的突破，那么我覺得硅碳負(fù)極的市場應(yīng)該是非常巨大的。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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