北京
“硅基负极的理论容量可以达到4200mAh/g，是传统石墨负极的10倍以上，可以极大提升电池能量密度。现在行业掺入硅基负极材料的电池，能量密度可以达到300Wh/kg以上。”在日前举行的第十届动力电池应用国际峰会(CBIS2025)上，硅宝科技高级材料工程师叶林博士在主题演讲中表示。
图为硅宝科技高级材料工程师叶林博士作主题演讲
不过，硅基负极的应用也面临一些挑战。叶林指出，硅材料最大的问题是，在完全嵌锂情况下，体积会出现超过300%的巨大膨胀，同时衍生很多问题，比如颗粒粉化、与集流体失去电接触、反复收缩膨胀造成SEI膜加厚，导致电池内阻增加以及循环失效。
01
气相沉积法是技术趋势
硅基负极材料的发展，还需要整个行业上下游企业协同突破。
纳米化和碳包覆，是目前解决硅负极体积膨胀的行之有效的策略。叶林介绍，其工艺方法是先把硅做成纳米化，然后通过应力的分散降低膨胀，同时为了改善它的导电性，减少副反应，最后再进行碳包覆。
从技术趋势来看，以CVD气相沉积法制备的四代新型硅碳，在首效、克容量、动力学、循环等方面，均体现出优势，是未来的硅材料开发的主要方向。
通过气相沉积法，在多孔碳骨架里去沉积纳米化的硅，硅可控制到无定型。同时预留一部分孔径，可以容纳硅的体积变化。该工艺制作的硅材料，容量可以达到1800~2100mAh/g，首效达到91%~94%，膨胀比较小，目前存在的不足之处，就是成本还比较高。
“气相硅碳材料有两个核心特点，一是多孔碳骨架，二是沉积优化。”但并非所有的多孔碳骨架都能用CVD硅碳，叶林介绍，它需要合适的微孔率的优化，同时也是孔道梯次化的设计，以及孔结构的纳米限域的过程。
而且，在掺硅过程中，也需要对硅纳米颗粒进行优化，这涉及它的尺寸和非晶化的控制，还需要注意硅在颗粒内外的沉积均匀性的分布情况，“要充分去实现硅颗粒的均匀分布，我们也需要同时通过工艺的优化，去控制晶形结构”。
值得注意的是，叶林也提醒，硅碳制备也是一种比较危险的工艺过程，很容易发生安全事故，需要行业一起来进行安全性的优化。
02
已实现硅负极百吨级出货
作为一家聚焦硅材料领域的领先企业，硅宝科技在硅碳负极材料研发方面成果也比较显著。2024年，硅宝科技全资子公司硅宝(眉山)新能源材料有限公司已经实现硅负极产品百吨级的销售。该公司的产品包括硅碳系列的砂磨硅碳、气相硅碳，硅氧系列的普通氧化亚硅、预镁氧化亚硅，以及匹配硅负极使用的电芯粘合剂。
在产能方面，目前硅宝科技已经建成1000吨/年硅负极中试生产线。根据规划，该公司在2025年年底将建成3000吨/年的硅负极材料产线，2026年积极推进1万吨/年硅负极材料产线建设。
面向未来，在硅碳负极材料领域，硅宝科技将根据客户需求进行差异化开发，针对不同应用场景(如低膨胀、长循环、高容量、高首次效率、高压实密度等)定制产品。同时，硅宝科技通过匹配差异化的多孔碳材料，推动设备向大型化方向发展，以提升生产效率和规模效应。
在工艺优化方面，硅宝科技也将重点改进硅碳沉积过程的控制精度，并在表面包覆环节构建兼具强度与韧性的功能性包覆层，全面提升负极材料的综合性能。
随着硅基负极材料规模化应用的逐步推进，其应用场景正从消费电子领域向电动工具、新能源车企、eVTOL等领域加速渗透。基于当前技术迭代与市场需求增长趋势，业内机构预计，到2028年全球硅基负极材料需求量将突破4.5万吨，对应的市场规模有望达到135亿元，展现出广阔的市场潜力。
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