电池硅基负极材料行业报告：新型负极材料（19页）

行业报告下载 2024年04月11日 07:22 管理员

多种改性方式改善硅基负极材料局限性，推动其产业化应用。为解决硅基负极材料的膨胀率高、失效等问题，行业内开发了多种硅基负极材料改性方式以改善硅基负极的电化学性能，包括硅氧化、复合化、纳米硅、多孔硅、合金硅、预锂化等方式。根据分散基体的不同，硅基负极材料主要有硅氧复合负极材料、硅碳复合负极材料及硅基合金负极材料三大类，各有优劣势。其中，硅碳负极和硅氧负极是目前两大主流技术路线，硅氧进展较快，硅碳前景更大。硅碳负极和硅氧负极结合了碳材料的高电导率、稳定性及硅材料的高比容量优点且工艺相对成熟，综合电化学性能较优，成为了引领锂电池负极材料行业发展的新方向。其中硅氧路线进展较快，已进入产业应用阶段，主要用于动力电池领域，但成本较高。硅碳负极因其具备更高比容量和首次效率高，应用前景更大。虽然硅基合金负极材料相对石墨负极材料的比容量提升效果明显，但是由于其工艺难度高、生产成本高，且首次充放电效率较低，因此目前尚未大规模使用。硅碳负极是指纳米硅与碳材料混合，通过降低硅基材料粒径至纳米级别，可以拥有更多的空隙，用于缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。在硅碳负极的制备过程中，需要首先制备纳米硅颗粒，最外层由碳做包覆层，形成壳核结构。目前硅碳负极的商业化容量在 450mAh/g 以下，首次效率高，但体积膨胀较大，因此其循环性能相对较差。硅氧负极是指采用氧化亚硅和石墨材料混合，氧化亚硅相比硅材料而言，氧化亚硅材料在嵌锂过程中的体积膨胀大大减小（氧化亚硅在嵌锂过程中体积膨胀 118%左右，硅则为 300%以上），因此其循环性能得到较大提升。另外，硅氧负极首次效率低，生产成本高，制备过程非标准化。目前比较成熟的技术路线是碳包覆氧化亚硅结构，通常是先制备锂电池用氧化亚硅，然后进行碳包覆等后续工艺。总的来说，硅氧负极的优势在于循环寿命好，但首效低，可以通过预锂化等技术提高首效。硅碳负极的优势在于首效高，但循环寿命低，可通过硅的纳米化，降低膨胀破碎风险，提高循环寿命。