硅基负极在锂电池领域的产业化应用

目前，锂电池负极商业化以人造/天然石墨为主，但已接近其理论比容量极限（372mAh/g）。

硅理论比容量高达4200mAh/g，是石墨类负极材料的10倍以上，也因此最行业认为是替代石墨的下一代锂电池负极材料。然而，由于硅材料在充放电过程中与锂合金化反应，存在严重的体积效应（膨胀率可达300%），导致循环性能及库伦效率恶化，需改性方能应用。通过材料改性及电池体系优化，提升循环寿命及首次效率是硅基材料大规模商业化应用的关键。

在硅基负极的产业化上，宁德时代获得了行业性的突破，其摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。

与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。此外，在国内，包括璞泰来、星城石墨、斯诺、杉杉、正拓等也都在积极推进硅碳负极的产业化。而在电池体系设计上，行业主要通过粘结剂、电解液、预补锂等技术开发加强电极体系设计，从而加快其在市场中的应用。硅基负极的商业化应用主要问题在于：一是循环寿命短：主要因体积效应造成的硅基负极颗粒破碎、与极片脱离；二是首次库伦效率低：主要因首次反应导致的锂离子永久性损失。对此，干电极技术采用的固体粘接剂PTFE，具备弹性，可有效解决硅基负极膨胀导致与极片脱离的问题，循环寿命将数倍提升。同时，在湿电极技术下，由于NMP为极性溶剂，与金属锂会反应，预补锂无法实现。而采用干电极技术无需添加溶剂，预补锂技术可以顺利实施。添加的锂可以弥补在初始充电时形成SEI膜所消耗的锂，从而提升首次库伦效率，可提升电池能量密度。此外，由于在电池充放电过程中，SEI膜会以微小的速度继续增长，消耗锂离子，因此负极补锂亦可提升电池循环寿命。

来源：中国无机盐工业协会