什么是硅基负极材料？它有什么作用？

2021-04-26 08:54

对新能源汽车而言，提升续航需要整车电耗低、电池包带电量大。受限于体积、质量，通常需要电池的质量/体积能量密度高。

更高的正极比容量、更高的负极比容量和更高的电池电压（以及更少的辅助组元），是高能量密度电池的理论实现路径。正极材料的比容量相对更低，性能提升对电池（单体）作用显著；负极比容量提升对于电池能量密度提升仍有相当程度作用。

硅材料的理论比容量远高于（约10倍）已逼近性能极限的石墨，有望成为高能量密度锂电池的负极材料优选。

不过，硅材料的应用，也面临着一定的技术难点。在体现了优异容量同时，硅基负极材料在嵌锂过程中表现出了非常明显的本征体积变化，影响循环寿命；另一方面硅基负极还面临着和电解液接触、反应，劣化电池性能的问题。

市场上，硅基负极衍生出了单质硅-碳负极、硅氧化物-碳负极、低维硅材料、硅合金等技术路线，前两者（笼统称为硅碳负极）实用性较强。

单质硅-碳材料1500mAh/g比容量、1000次循环寿命和1C倍率的综合性能具有一定程度可实现性；单质硅-碳材料包覆改性有较大概率是单质硅-碳负极材料的优选合成方式。硅单质-碳负极材料比容量更高，而硅氧化物-碳负极材料倍率性能更佳。

另外，硅基负极表面SEI膜的形成需消耗大量锂源，硅氧化物-碳负极材料体系由于锂硅氧化物的不可逆形成进一步消耗锂源，这使得硅基负极的首次效率显著低于石墨。

这一问题的解决方式通常需要预锂化。预锂化手段可以对正极、负极分别加以实施。

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