来源： 石大胜华公众号，2024年07月29日 $石大胜华(SH603026)$
硅基负极是最被看好的下一代锂电池负极材料之一，也是各大材料和电池厂商重点关注研发的对象。本文将对硅基负极技术做简单的介绍。
1、为何使用硅基负极
硅基负极最大的优势是可以大幅提升电池能量密度。现有石墨材料的比容量已经达到365mAh/g，接近上限372mAh/g，而硅理论比容量为4000mAh/g以上，比石墨高出10倍以上。
除此之外，硅基负极的嵌锂速率更快、嵌锂点位适中，能为电池提供更好的快充性能和安全性。
2、硅基负极的应用有何难点
硅基负极在使用中最大的问题是体积膨胀。硅在嵌锂时产生的体积膨胀达到300%，会导致材料破碎粉化，严重影响循环性能。同时膨胀在电池内部产生很大的应力，影响电池安全。（ 11月15日，国家知识产权局披露，华为公开了硅基负极材料的专利，名称为《硅基负极材料及其制备方法、电池和终端》。该专利主要解决了硅基材料因膨胀效应过大导致电池循环性能低的问题，提高负极的循环稳定性。）
其次是首次效率低和容量衰减。硅基负极首次充电会有较多的锂离子损失，导致低首效。在充放电过程中，体积变化会反复破坏SEI膜，使硅暴露在电解液中，导致SEI膜反复生成，消耗活性锂，产生容量衰减。
第三是硅的电子导电性差，不利于材料电性能发挥。
3、硅基负极有哪些技术路线
为改善硅基性能，克服固有缺点，企业在生产中开发了纳米化、硅氧化、预锂化、预镁化等多种改性方式。在细分技术路线中，有三种路线已经得到产业化应用：研磨法纳米硅碳、硅氧和预锂化硅氧、化学气相沉积法（CVD）硅碳。
在2021年之前，研磨法硅碳在产业中应用较多。研磨法通过降低颗粒尺寸缓解膨胀，理论上将粒径降至20nm以下就可以解决膨胀问题。在实际应用中，粒径难以通过研磨降到100nm以下，循环性能难以提高，现在一般用于对循环要求不高的3C电池。
2021年之后，硅氧负极被寄予厚望。硅氧负极中的SiOX在嵌锂时与Li发生反应生成单质Si、Li2O和锂硅酸盐，然后Li再与生成的Si发生合金化。本质上是通过化学反应产生粒径极小的Si，从而解决了膨胀问题。但是生成的Li2O和锂硅酸盐消耗了大量的活性锂，增加了成本，同时首效低至80%以下，与石墨的95%难以匹敌。
预镁化和预锂化可以部分解决首效问题，但是又将大幅提高材料成本。当前国内大量出货的产品以硅氧负极为主，主要用于出口海外。
化学气相沉积法（CVD）是将硅烷通入海绵状的多孔碳，热解生成硅纳米颗粒，沉积在碳表面形成硅碳复合材料。硅的纳米化和多孔碳的孔隙可以明显减小嵌锂带来的体积膨胀，由于硅颗粒小，产品组分均匀、结构致密，材料膨胀率低，循环性能得到显著提升。
无论是从目前已经实现的性能、成本和产品稳定性来看，还是从技术路线的未来潜力来评判，CVD法硅碳都被认为是三条技术路线中最具优势的终局方向，待技术进一步成熟以及降低成本后有望大批量应用。
4、硅基负极的产业化有何进展
电子产品方面，小米、荣耀、OV等主流品牌都已推出多款采用硅碳技术的产品，电池的超大容量是这些产品的重要卖点。
动力电池方面，智己汽车前段时间推出了搭载半固态电池的新车L6，其中即采用了硅基负极。国际市场上，奔驰电动大G已采用Sila生产的硅基负极电池，保时捷与美国Group14达成硅基负极供货协议。特斯拉力推的4680大圆柱电池中，硅基负极是其重要组成部分；4680电池不断推迟也导致了硅碳负极放量的延后。
总体来看，硅基负极在3C电子产品中已经有较成熟的产业化应用，在动力电池中有小批量试用，出货量接近千吨量级，处于大规模应用的前夜。
石大胜华在硅基负极领域拥有硅氧负极SH-P01、硅氧负极SH-H02、硅碳负极SH-S01、硅碳负极SH-S02四款产品；公司本着“科技服务科学、科技服务品质”的宗旨，不断提高技术能力和产品品质，以满足消费者对于产品的更高要求。
石大胜华坚持在新能源、新材料领域深耕，致力于向全球持续提供新能源、新材料优质产品和最佳解决方案，为推动新能源行业的发展贡献智慧和力量，为人类提供更加绿色、环保的生活环境。
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