硅基负极材料表面修饰技术突破与产业化路径探析——访苏州大学王艳副教授

近年来，高性能负极材料成为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苏州大学王艳副教授，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：王教授，首先请简单介绍您团队在硅基负极材料上的主要研究方向和最新成果。

王教授：我们针对硅负极，从多个方面进行了改性研究，包括表面修饰技术、功能粘结剂设计、和体相修饰等。其中做的最多的就是表面修饰，这种技术也是实现硅基负极应用的一种非常重要的技术之一。我们先后研究了十几种表面修饰材料，包括有机的、无机的、有机/无机复合的，其中有机的又涵盖了小分子、聚合物等。我们的研究也已经证实，通过表面修饰技术，可以显著提升硅负极的首效、循环和倍率性能。值得一提的是，我们目前开发了一种新型表面修饰技术，这项研究突破了纯硅全电池需要预锂化的技术瓶颈，在没有经过任何预锂化的全电池系统内，使用修饰后的硅负极的循环稳定性要显著优于对比样。

中国粉体网：您提到通过表面修饰改善硅负极性能，CVD碳包覆是目前主流方法，但存在成本高、工艺复杂的问题。您团队的表面修饰技术如何兼顾性能和量产可行性？

王教授：CVD碳包覆的高成本确实是限制其发展应用的一个主要因素。我们的表面修饰技术，从半电池和全电池的性能评估来看，已证明了其有效性。此外，我们选用的表面修饰材料普遍具有价格低廉、来源广泛的优势，而且制备过程简单易行，不涉及复杂工艺步骤，具有量产可行性。因此，我们的表面修饰技术有效兼顾了性能和量产可行性。

中国粉体网：传统PVDF粘结剂无法适应硅的大幅膨胀，您的新型粘结剂如何同时解决高粘结强度和电解液相容性问题？

王教授：首先，传统PVDF粘结剂确实不适用于硅。但是，我们通过表面修饰技术可以解决这个问题。而且这个工作也已经发表了。其次，我们也使用不同技术开发了多种粘结剂，包括接枝技术、交联技术、自修复技术，以及共混技术等。为了同时解决粘结剂的高粘结强度和电解液相容性问题，在设计粘结剂的时候，需要考虑以下两个方面：一方面，我们通过在粘结剂分子中引入羧基、羟基等极性基团，通过氢键、静电相互作用或配位键与硅表面形成强粘结。同时，采用可逆共价键或超分子相互作用构建动态交联网络，以有效缓解硅的体积膨胀。另一方面，我们在设计粘结剂的时候，通过调控分子类型、控制交联结构、优化粘结剂组分占比等手段，减少电解液对粘结剂的渗透和溶解。而且会通过在电解液中的溶胀实验来进一步优化。

中国粉体网：最后，您认为改性硅负极会率先在消费电子还是动力电池领域突破？

王教授：我个人认为，从短期看，改性硅负极会率先在消费电子领域实现突破。从中长期看，改性硅负极会在动力电池领域加速渗透。对于消费电子，对电池体积敏感，对充电速度需求高，但可接受更高的单位成本。改性硅负极的高能量密度优势和快充特性符合消费电子的迭代需求。而且消费电子电池的验证周期远短于动力电池，企业可通过快速迭代优化材料性能，抢占市场先机。对于动力电池，首先对于安全性与寿命要求严苛。虽然现在有不同的改性技术来抑制硅负极的体积膨胀，但规模化应用仍需时间验证。其次，动力电池成本较高，车企需在性能提升与成本控制之间实现平衡，这也在一定程度上延缓了改性硅负极技术的渗透速度。最后，改性硅负极在动力电池领域的产业化，需车企、电池厂、材料供应商多方合作，周期会更长一些。所以，我认为改性硅负极会率先应用于消费电子，但在动力电池方面会加速突破。

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