从固液混合到全固态：硅碳负极的性能进阶与产业化困局——访长沙矿冶研究院有限责任公司副所长杨乐之

2026年9月10至11日，由中国粉体网主办的“第八届高比能固态电池关键材料技术大会”，在湖南长沙·步步高福朋喜来登酒店隆重召开。大会期间，中国粉体网记者有幸邀请到多位专家、企业界代表做客“对话”栏目，就固态电池材料、技术、成本、产业化等一系列问题进行了探讨交流，本期为您分享的是长沙矿冶研究院有限责任公司副所长杨乐之的专访。

中国粉体网：硅碳负极材料是全固态电池负极的重要发展方向，其核心优势是什么？

杨所长：正如我今天会议汇报分享的内容，硅碳负极应用于全固态电池体系中，最大的优势就是其容量比较高，当前主流技术路线的硅碳负极比容量可以做到2000mAh/g以上，部分研发目标更是向着2600mAh/g的更高水平推进。依托高比容量特性，电池能够做到400Wh/kg以上，显著高于现有锂电池的能量密度。同时，碳的存在能够吸收硅的膨胀，缓解硅的电化学烧结，所以与纯硅材料相比，能够有效避免电化学烧结的板结问题，进一步提高循环寿命。在硅碳负极材料中，碳可以作为比较好的电子导体，与纯硅材料相比，硅碳负极的倍率性能同样具备优势。整体来讲，硅碳负极兼具高比容量、良好的倍率性能与更优的循环寿命，综合性能优于纯硅体系。

另外，全固态电池另一重要技术路线——锂金属负极。相对而言，硅碳负极的安全性比锂金属负极高，所以从量产角度来看，其制作成本也更简单。综合各项维度判断，硅碳负极是全固态电池负极材料中发展前景较为突出的技术方向。

粉体网：对比液态电池体系，全固态工况下硅碳负极核心挑战发生了哪些变化？

杨所长：众所周知，在全固态电池体系中，传统液态电解质，包括酯类、醚类电解液以及六氟磷酸锂，被锂硫磷铝基电解质、卤化物电解质等固态电解质完全取代。正如前面分享所谈到的，这就是界面和体系工程的重大变化。

在传统液态电池体系中，锂离子从正极脱嵌后进入液态电解液，由六氟磷酸锂携带到负极，完成脱溶剂化后到达负极表面，继而嵌入负极材料内部。这套体系之所以非常完美，是因为液体的无孔不入，具备非常好的浸润体系，保障锂离子顺畅地迁入与迁出。

而固态体系中，液态组分被去除以后，形成刚性的固-固接触界面，不再具备无孔不入的特点，锂离子的迁入与迁出就会存在巨大的障碍。究其原因，电池在充放电过程中，电极材料会发生形变，脱锂阶段材料收缩，嵌锂阶段材料膨胀。反复的膨胀和收缩之间会存在接触的缺失，从而阻碍了锂离子的输运穿梭，有效离子传导路径随之减少。

因此，如何在固态体系下，保持良好的路径，让锂离子自由穿梭，即使是在不断地形变过程中也能维持，是当前需要攻克的核心挑战，也是固态电池与传统液态电池最关键的差异所在。

粉体网：您近年来承担了多项硅碳负极领域的相关项目，在攻关全固态电池硅碳负极时，遇到最突出的现实挑战是什么？

杨所长：这就形成了行业内典型的 “既要、又要、还要” 的矛盾诉求。我们希望材料既要有高的容量密度，同时又要具备优异的倍率性能，还要实现长循环寿命，并且上述性能都需要在低压力条件下实现。多项约束条件叠加，目前行业内尚没有完美的解决方案。

目前，最接近成功的方法，就是加压的情况下，几十兆帕乃至百兆帕的压力环境下，前面提到的界面问题借助压力约束能完美地解决。由于压力能够压实电极内部孔隙、弥合界面缝隙，所以锂离子传导顺畅。在这种体系下，不少材料可以实现1000周以上的充放电循环。

但从实际应用场景来看，新能源汽车等应用场景很难长时间维持高压力条件。数兆帕就相当于几十个大气压，压力水平已经高于高压锅，这类高压工况很难在这种应用场景里面持续保持。

因此现在的目标是，在几兆帕及以下的低压条件下，依旧维持优异的固-固界面状态。但受限于固态体系本身的特性，低压环境下想要稳定维持界面的难度极大，所以大家都在思考怎么破解这种难题。我们团队也在开展相关研发工作：一方面持续优化界面结构，引入具备自修复能力的离子传导材料，同时再引入一些导电剂和桥梁来构建稳定的离子输运界面；另一方面进一步优化材料的粒度形貌，使其在界面的迁移过程中能够维持较好的接触。以上的工作，我们也正与客户开展联合探讨，但整体技术难度较高，目前仍处在攻坚克难的研发阶段。

粉体网：针对目前硅碳负极材料存在的问题，您有什么可行的解决方案？

杨所长：当前研发工作实际上已经来到技术瓶颈阶段，现有体系很难彻底完美地解决问题。可能提出的改良方案，仍然是从电极端出发，通过材料改性、界面优化、粘结剂体系匹配以及电芯结构设计，来寻求性能提升。针对部分应用场景，我的建议是，不用考虑太高的能量密度。因为行业普遍认为全固态电池必须达到400Wh/kg以上，但高能量密度带来的高膨胀，会限制低压条件下的界面稳定性。

如果我们选择从低压、低容量的方向起步，逐步改善，分台阶向上突破，或许是一条可行路径。举个例子，低压条件下，纯石墨体系已经可以实现较为理想的性能，通过逐步提升硅的掺杂比例，不一定优先面向高能量密度需求的场景，在全固态宽温域特性的场景中可能实现应用。

所以也希望通过我们大家的共同探讨，找准适配的应用场景，从中寻找技术突破口，逐步解决应用的难题，在实际应用迭代当中持续完善技术，共同突破当前的技术瓶颈。

粉体网：硅基负极的产业化进展情况如何？其能否推动全固态电池的量产落地？

杨所长：今年硅碳负极整体产业推进成果十分可观。这里提到的产业化是指液态锂电池与固液混合电池所用的硅碳负极材料。因为前两年硅碳负极主要应用于消费电子领域，产品也逐步实现从低硅含量向高硅含量迭代，目前大家使用的中高端手机均已搭载硅碳负极，产业化落地情况较好。

近两年来，无人机领域对高能量密度的需求持续提升，头部几家企业硅碳负极出货量已经达到千吨级别。在新能源汽车领域，也已有少量企业开始逐步尝试应用硅碳负极。不过以上这些应用，都限于液态和固液混合电池体系，但这已经带动了整个行业的增长。尤其是CVD硅碳材料，成本持续下降，应用场景不断拓宽，对产业发展起到极大推动作用。

在固液混合电池体系中性价比是核心的要素。伴随负极材料、正极材料及整个体系的降价，未来有希望具备与现有液态动力电池竞争的潜力。但在全固态电池体系中，受限于整体的基本原理尚未实现突破，所以我们仍需努力攻克难题。虽然硅碳负极材料可以带动全固态电池的成本下降，但其核心原理得不到解决，产业化依旧很困难。因此也期待各位同仁、业界朋友共同努力推进相关技术向前发展。