动力电池硅基负极产业报告：下一代产业趋势，硅碳负极、硅氧负极（19页）

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，导致循环性能及库 伦效率较差，大规模商业化仍存掣肘。硅材料在储锂过程与锂离子加成反应形成合金相， 因此存在严重的体积效应。在充电过程中膨胀率可达 300%（碳材料只有 16%），放电 时体积收缩，反复的体积变化容易引致硅颗粒破裂、材料粉化、极片脱落等问题，从而 导致循环性能较差。 同时在膨胀过程中容易导致负极表面的 SEI 膜（固体电解质界面膜，避免因溶剂分子共 嵌入对负极材料造成破坏）破碎，而在放电过程中 SEI 膜重新形成。因此硅表面的 SEI 膜始终处于破坏-重构的动态过程中，最终导致 SEI 膜厚度持续增加，界面阻抗升高，活 性物质消耗，致使容量衰减，库伦效率较差。

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。 材料改性：主要包括结构化改性和碳包覆改性。通过纳米化、氧化亚硅及碳包覆等 手段形成硅碳复合材料减小体积效应对硅颗粒及 SEI 膜破坏从而提升循环性能。  电池体系：除了粘结剂、导电剂、电解液的综合匹配以降低硅基材料体积膨胀的负 面影响外，干电极技术及预补锂技术有望成为突破的关键。

根据不同的硅碳复合方式，硅基负极材料按结构类型主要分为： 包覆型硅基负极：包覆型硅基负极材料将不同纳米结构的硅材料进行碳包覆，这类 材料以硅为主体提供可逆容量，碳层主要作为缓冲层以减轻体积效应，同时增强导 电性，碳包覆层通常为无定形碳。负载型硅基负极：负载型硅基负极材料通常是在不同结构的碳材料（如碳纤维、碳 纳米管、石墨烯等）表面或内部，负载或者嵌入硅薄膜、硅颗粒等，这类硅碳复合 材料中，碳材料往往起到结构支撑的力学作用，它们良好的机械性能有利于硅在循 环中的体积应力释放，形成的导电网络提高了电极整体的电子电导率。  分散型硅基负极：分散型硅基负极材料是一种较为宽泛的复合材料体系，包括硅与 不同材料的物理混合，也涵盖硅碳元素形成分子接触的高度均勻分散复合物体系。 事实证明将硅材料均匀分散到碳缓冲基质中，可以一定程度抑制硅的体积膨胀。