“硅基負極的理論容量可以達到4200mAh/g，是傳統(tǒng)石墨負極的10倍以上，可以極大提升電池能量密度。現(xiàn)在行業(yè)摻入硅基負極材料的電池，能量密度可以達到300Wh/kg以上。”在日前舉行的第十屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2025)上，硅寶科技高級材料工程師葉林博士在主題演講中表示。

圖為硅寶科技高級材料工程師葉林博士作主題演講

　　不過，硅基負極的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。葉林指出，硅材料最大的問題是，在完全嵌鋰情況下，體積會出現(xiàn)超過300%的巨大膨脹，同時衍生很多問題，比如顆粒粉化、與集流體失去電接觸、反復(fù)收縮膨脹造成SEI膜加厚，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加以及循環(huán)失效。

01

氣相沉積法是技術(shù)趨勢

　　硅基負極材料的發(fā)展，還需要整個行業(yè)上下游企業(yè)協(xié)同突破。

　　納米化和碳包覆，是目前解決硅負極體積膨脹的行之有效的策略。葉林介紹，其工藝方法是先把硅做成納米化，然后通過應(yīng)力的分散降低膨脹，同時為了改善它的導(dǎo)電性，減少副反應(yīng)，最后再進行碳包覆。

　　從技術(shù)趨勢來看，以CVD氣相沉積法制備的四代新型硅碳，在首效、克容量、動力學(xué)、循環(huán)等方面，均體現(xiàn)出優(yōu)勢，是未來的硅材料開發(fā)的主要方向。

　　通過氣相沉積法，在多孔碳骨架里去沉積納米化的硅，硅可控制到無定型。同時預(yù)留一部分孔徑，可以容納硅的體積變化。該工藝制作的硅材料，容量可以達到1800~2100mAh/g，首效達到91%~94%，膨脹比較小，目前存在的不足之處，就是成本還比較高。

　　“氣相硅碳材料有兩個核心特點，一是多孔碳骨架，二是沉積優(yōu)化。”但并非所有的多孔碳骨架都能用CVD硅碳，葉林介紹，它需要合適的微孔率的優(yōu)化，同時也是孔道梯次化的設(shè)計，以及孔結(jié)構(gòu)的納米限域的過程。

　　而且，在摻硅過程中，也需要對硅納米顆粒進行優(yōu)化，這涉及它的尺寸和非晶化的控制，還需要注意硅在顆粒內(nèi)外的沉積均勻性的分布情況，“要充分去實現(xiàn)硅顆粒的均勻分布，我們也需要同時通過工藝的優(yōu)化，去控制晶形結(jié)構(gòu)”。

　　值得注意的是，葉林也提醒，硅碳制備也是一種比較危險的工藝過程，很容易發(fā)生安全事故，需要行業(yè)一起來進行安全性的優(yōu)化。

02

已實現(xiàn)硅負極百噸級出貨

　　作為一家聚焦硅材料領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，硅寶科技在硅碳負極材料研發(fā)方面成果也比較顯著。2024年，硅寶科技全資子公司硅寶(眉山)新能源材料有限公司已經(jīng)實現(xiàn)硅負極產(chǎn)品百噸級的銷售。該公司的產(chǎn)品包括硅碳系列的砂磨硅碳、氣相硅碳，硅氧系列的普通氧化亞硅、預(yù)鎂氧化亞硅，以及匹配硅負極使用的電芯粘合劑。

　　在產(chǎn)能方面，目前硅寶科技已經(jīng)建成1000噸/年硅負極中試生產(chǎn)線。根據(jù)規(guī)劃，該公司在2025年年底將建成3000噸/年的硅負極材料產(chǎn)線，2026年積極推進1萬噸/年硅負極材料產(chǎn)線建設(shè)。

　　面向未來，在硅碳負極材料領(lǐng)域，硅寶科技將根據(jù)客戶需求進行差異化開發(fā)，針對不同應(yīng)用場景(如低膨脹、長循環(huán)、高容量、高首次效率、高壓實密度等)定制產(chǎn)品。同時，硅寶科技通過匹配差異化的多孔碳材料，推動設(shè)備向大型化方向發(fā)展，以提升生產(chǎn)效率和規(guī)模效應(yīng)。

　　在工藝優(yōu)化方面，硅寶科技也將重點改進硅碳沉積過程的控制精度，并在表面包覆環(huán)節(jié)構(gòu)建兼具強度與韌性的功能性包覆層，全面提升負極材料的綜合性能。

　　隨著硅基負極材料規(guī)模化應(yīng)用的逐步推進，其應(yīng)用場景正從消費電子領(lǐng)域向電動工具、新能源車企、eVTOL等領(lǐng)域加速滲透。基于當前技術(shù)迭代與市場需求增長趨勢，業(yè)內(nèi)機構(gòu)預(yù)計，到2028年全球硅基負極材料需求量將突破4.5萬噸，對應(yīng)的市場規(guī)模有望達到135億元，展現(xiàn)出廣闊的市場潛力。