锂离电池【负极材料】硅基材料SCC

【  非碳系材料——硅基材料——硅碳负极材料 】

什么是硅碳负极

由于硅是半导体结构材料，为了提供锂离子在硅电极材料中的扩散速度，就需要提高硅材料的导电性能，目前产业中所选择的就是成熟的碳材料。利用不同形态的碳材料来复合硅进行改性处理，使其构成均匀的导电网络结构，形成导电性好、附着性好、化学稳定性高的硅碳负极材料。

硅碳负极的制备工艺

常见硅碳负极材料分类

　　目前比较常见的硅碳负极材料主要有以下几类：

　　① 碳包覆纳米硅（nano-Si@C）；

　　② 氧化亚硅碳复合材料（SiO@C）；

　　③ 硅纳米线（Si nanowire/ SS）；

　　④ 变氧型氧化亚硅碳复合材料（SiOx@C）；

　　⑤ 无定形硅合金（amorphous SiM）。

　碳包覆纳米硅

是以纳米硅为原材料，表面包覆碳层的结构。其中硅材料的粒径为30～200nm，碳层多采用沥青高温碳化处理后形成的软碳。其单体容量一般为400～2000mA·h/g，成本较低，首效较高，但电池膨胀较大，长循环稳定性较差。

　　氧化亚硅碳复合材料

是以氧化亚硅材料为核，这里的氧化亚硅一般是采用化学气相沉积法将2～10nm的硅颗粒均匀分布在SiO2 的基质中。其单体容量一般为1300～1700 mA·h/g。由于硅材料颗粒更小、分散更加均匀且材料结构更加致密稳定，该材料膨胀较低，拥有非常好的长循环稳定性。但是由于SiO2首周与锂发生不可逆反应，该材料的首效一般较低，且成本较高，一定程度上限制了其在全电池中的使用。

　　硅纳米线

指的是通过特殊的工艺，制备出严格控制长径比的圆柱状纳米硅颗粒，再在颗粒表面包覆碳层。这种结构的材料比容量和首效都较高，但是需要配合成熟的预理化技术才能满足SEI膜对锂的不断消耗以确保长循环稳定性，工艺上存在一定难度。

　　变氧型碳氧化亚硅碳复合材料

指的是在碳包覆氧化亚硅的基础上，通过对原材料的特殊处理，改变原材料中氧元素的含量，从而达到提升材料首效或者改善材料循环性能的目的。其单体容量一般为1300～1700mA·h/g。该材料同时可以具有较高的首效和较好的长循环稳定性，是目前比较高端的硅碳材料之一。

　　无定形硅合金

指的是在高温条件下将纳米硅与金属单质（如铁、铜等）复合，再在颗粒表面包覆碳层得到。这种制备工艺得到的结构中硅材料是无定形的，因此材料的循环性能理论上会较好。而且由于单质金属不与金属锂发生化学反应，该材料的首效一般也较高。但是该材料的制备难度较大，制备成本较高，且碳化过程易使硅颗粒结晶析出， 目前还不适合规模化生产。

新型负极材料实现碳负极容量三倍

 在信息设备、汽车等领域，一直需要更高容量的锂离子

电池（LIB），但现有以碳（石墨）为负极材料的锂离子电池已达到理论容量极限。为了进一步提高容量，新型负极材料的实用化势在必行。

在这种情况下，容量为4,200mAh/g（是石墨的10倍以上）的硅作为新型负极材料备受关注。硅负极材料的问题之一是其循环特性，世界各地的大学、研究所和公司进行的研究和开发的结果已经报道了良好的研究成果，但这些仅限于石墨烯、硅负极材料。目前，它们是由极其昂贵的材料制成的，并且实际用途很少。因此，我们建立了一种无需使用如此昂贵的材料即可将微硅均匀分散在由碳制成的导电网络中的技术，并且我们已经开发了一种将微硅均匀分散在由碳制成的导电网络中的技术。兼具高容量和良好循环寿命的创新负极材料“（SCC：硅碳复合材料）”（专利号5227483）。