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）

行业报告下载 2020年06月03日 06:35 管理员

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。