硅碳負極材料因兼具高容量與長循環壽命優勢,成為下一代鋰離子電池的關鍵材料。但長期以來,硅在充放電過程中高達300%以上的體積膨脹問題,嚴重阻礙其大規模應用。
不過,近年來行業研發取得關鍵突破,化學氣相沉積法(CVD法)技術的普及成為“破局點”。通過納米級涂層技術,CVD法可有效抑制硅材料體積膨脹,使硅碳負極首效從75%提升至88%,循環壽命突破1000次大關,讓硅碳負極從實驗室走向產業化成為可能。
CVD法硅碳的做法是將硅烷通入多孔炭,然后將硅烷熱解生成納米硅顆粒,使其沉積在多孔炭孔隙中生成硅碳復合材料;之后再進行碳包覆,即可用于制備負極。
多孔炭在硅碳負極中作為骨架材料使用,可以起到控制硅體積膨脹和降低副反應的作用。多孔炭內部的孔隙可以緩沖硅在嵌鋰過程中的體積膨脹;碳包覆減少了硅與電解液的直接接觸,抑制了SEI膜的重復生長,可以提升鋰電池首次效率和循環性能。
伴隨CVD硅碳的逐步應用,多孔炭規模化放量在即。不過,多孔炭作為新興行業,格局尚未明確,技術路線也未定型。從生產原料角度,目前最常見的多孔炭材料前驅體主要包括生物質材料、高分子聚合物材料、煤基材料等。
其中,生物質和樹脂類路線構成主流。生物質類多孔炭憑借成本優勢(15萬/噸左右),已批量用于消費電池。樹脂類價格高(30-50萬/噸),但基于其一致性更好(樹脂工藝的可控制性更強),對應產品的膨脹率更低,對應硅碳的摻雜比例可以更高(從5-10%提升至10%-15%)。
從造孔工藝角度,多孔炭主要分五種路線:物理活化法、化學活化法、模板法、生物質法、CVD法。
不同工藝路線生產多孔炭
其中,物理活化法優勢在于成本較低,缺陷在于孔分布隨機,比表面積波動大;化學活化法優勢在于孔徑可控,缺陷在于污染嚴重、成本高;模板法優勢在于孔徑均一性高,缺陷在于難以量產;生物質法優勢在于成本最低,環保,缺陷在于孔徑結構不可控,灰分較高;CVD法優勢在于可設計空隙,缺陷在于設備投資高。
江蘇鈉博恩新材料有限公司成立于2023年4月,公司主營鈉離子電池負極材料和多孔炭材料研發、生產和銷售,由多名行業專家博士創建,擁有多項核心發明專利技術。在多孔炭材料方面,產品已經通過蘭溪致德、常州硅源等公司的客戶檢測。目前公司在規劃建設千噸級量產線,生產多孔炭材料、硅碳復合材料等,向市場進行推廣。
針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況,中國粉體網將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負極材料技術與產業高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇。大會旨在為負極材料產業鏈上中下游企業搭建深度交流的平臺,開展產、學、研合作,助推負極材料行業持續健康發展。屆時,來自江蘇鈉博恩新材料有限公司的劉燦總經理將作題為《硅碳負極多孔炭材料的產業化》的報告。
本報告將重點探討多孔炭材料的可控制備技術(如模板法、CVD法等)、孔隙結構優化策略及其對硅負載與電化學性能的影響,并分享量產工藝優化與成本控制經驗。此外,將分析硅碳負極在動力電池、儲能等領域的應用前景,為產業化推進提供技術參考與市場展望。
專家簡介:
曾任上海杉杉市場營銷部部長、東莞市杉杉電池材料有限公司總經理、長沙杉杉動力電池有限公司總經理,主營鋰電池負極材料、電解液、鋰電池的研發、生產和銷售。
曾任澳大利亞上市企業GALAXY RESOURCES LIMITED (銀河資源有限公司)亞太地區技術及商務發展經理,主營鋰輝石開采、碳酸鋰制造、動力鋰電池的生產銷售。
2023/4-至今,任職深圳鈉博恩、江蘇鈉博恩法人、總經理,主營鈉離子電池負極材料、鋰電池硅碳負極多孔炭材料。
參考來源:國金證券《鋰電池硅負極深度:CVD硅碳重塑產業鏈,邁向動力場景0-1》
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