2024硅负极用多孔碳材料技术研讨会在广东深圳顺利召开并圆满闭幕。
本次会议由材能时代主办，由苏州兴业材料科技股份公司晚宴冠名，由南方科技大学、苏州纽姆特纳米科技有限公司、深圳沃飞科技有限公司、东莞市志远高热机械科技有限公司、咸阳科源新材装备有限公司、理化联科（北京）仪器科技有限公司、四川贝亿特科技有限公司协办，本次共得到了33+参展单位的支持，来自300+单位、500+杰出代表参加了会议，会议现场人气高涨。会议诚挚邀请多孔碳材料产业链相关的专家学者、工程技术人员等共聚一堂，充分交流、 集思广益、相互切磋。
13日下午：
前言1：一种新型锂离子电池的概念提出——锂离子电池的类型，命名
电池材料特征----------电池名称
正极LFP材料-------- 磷酸铁锂电池
负极钛酸锂材料----------钛酸锂电池
正极三元材料---------- 三元材料电池
正极锰酸锂材料----------锰酸锂电池
正极含硫材料----------锂硫电池
根据锂电池类型命名经验，本次报告提出的一种新型锂离子电池
负极全硅材料（不含石墨）----全硅电池，或者锂硅电池
前言2：CVD硅碳负极的技术最新进展，国外规划发展方向
近半年来：从砂磨100纳米硅碳—到最近气相沉积—由四氢化硅气体硅化-沉积纳米硅颗粒的最新技术获得了新型材料（CVD纳米硅碳）；给锂电池-带来了无限的想象空间—高克容量、低膨胀、循环稳定。
CVD硅碳负极储锂机理（化学反应式）
Si的储锂机制与石墨的插层储锂机理区别：
Si通过合金化与去合金化过程与Li+相互作用来实现储锂。如下图所示，展示了Si在室温和450℃下的脱锂/嵌锂曲线。
硅材料在锂化过程中存在晶态Si与非晶态锂硅合金并存的特殊现象。
在室温下，晶体硅在首次锂化时会经历从晶态到非晶态的相变，并在此后保持非晶态。
在高温条件下，这些相变导致电化学电压曲线上出现多个明显的电压平台。
1. 本报告要提出全硅电池这类新型锂离子电池原因
原因1：石墨类负极低温充/放电性能差，是储能动力电池的痛点
原因2：石墨类负极安全性差，是储能动力电池的痛点
开发新型负极具有重要意义：
根据以往经验，除了石墨以外的负极（硬炭，软碳，钛酸锂等等）低温性能都好，原因是石墨是层状二维结构，锂离子只能二个方向嵌入，而硅负极可以多维方向嵌入
全硅电池研究工作：
全硅负极（不含石墨）的的实现方法及其锂离子电池研制：现有硅负极应用情况
如果直接作为负极使用，极片面密度非常小，目前的涂布机不适合（无法实现超薄面密度涂布），只能降低硅负极的克容量至1000mAh，对于CVD硅碳，将多孔碳的孔径做至1纳米左右，硅颗粒粒径0.5纳米左右，由此增加多孔碳的重量，降低了CVD硅炭负极的克容量。
CVD硅碳负极材料1000mAh/g, 配合高镍正极克容量225mAh/g的情况下，软包电池（型号8472172，20Ah，重量192.15g，内阻1.4毫欧）的能量密度达到380Wh/kg，接近锂金属负极高能量密度电池。
全硅负极（不含石墨）的锂离子电池工艺：
1 .全硅负极粘合剂 优选聚丙烯酸钠，PAA（高粘度），复合导电剂：CNT+SWCNT（单壁碳纳米管）+SP
2. 电解液中加入FEC（4%--8%）DTD 1%，二氟磷酸锂等等添加剂。
3.电解液添加比例比石墨少6%左右。
4. 三元材料（克容量223mAh/g）+CVD硅碳放电电压在2.5---2.0V，有利于放电末端的电压压差一致性， CVD硅碳在三维方向提供锂离子嵌入和脱出的通道，低温性能获得了提升。
硅负极及全硅负极电池的低温充电性能测试：
以三种不同硅含量的负极做20Ah的软包电池进行低温充电测试：从低温充电数据看，硅含量越高，充电容量（效率）就越高，说明了硅负极电池具有低温充电能力
全硅负极高能量密度电池安全性改善：
本报告提出采用
1.不燃烧的氟硅醚等溶剂替代碳酸酯溶剂，
2. 研发氟代碳酸酯溶剂（FEMC，FPC，FDEC等等6）等等解决高能量密度电池的安全性。
CVD硅碳负极替代锂金属负极的可行性分析：
CVD硅负极理论比容量高达4200mAh/g，首次效率高。金属锂负极容量（3860mAh/g），基本克容量一样。
锂负极通常与集流体铜箔复合，并且由于厚度不能做很薄，造成比正极容量过量系数大，因此实际可实施的克容量小于2000mAh/g
CVD硅碳负极（纳米硅与多孔碳复合）克容量1850-2000mAh
总结
初步研制制作了全硅负极该新型锂离子电池，测试了该新型电池的低温充电性能，验证表明该电池具有低温可充电的优点，电池能量密度达到360Wh/kg以上。
对于全硅负极高能量密度电池的安全性改善本文提出采用不燃烧的氟硅醚等溶剂替代碳酸酯溶剂，并研发氟代碳酸酯溶剂等等解决高能量密度电池的安全性。
硅负极有望成为石墨负极的理想替代品。欧洲提出在2026年，负极硅的含量要达到接近50%，中国目前不到百分之十。
结论
1. CVD气相沉积硅所需生产流程短，设备少，理论成本低。从目前的初步测试结果，CVD硅碳克容量、首效、循环次数、倍率等多个维度性能表现优异；在生产方面，多孔硅碳硅基负极可减少预锂、预镁工序，具有大幅降本的潜力。初步研究表明：气相沉积硅碳是高容量负极最有前景的方向。CVD硅碳相关机理，电池的电化学性能（比如动力学性能、电池的工艺配方等等）、材料粒径，多孔碳材质类型和孔径等等还需要科技工作者做大量的实验和研发工作，以确定最优工艺细节参数，任重而道远。
2. 初步验证： 锂电池行业除固态电池产业升级的机会， CVD硅碳是一个有望实现动力电池性能升级新机会--提升能量密度，提升低温性能，改善动力电池末端压差。
3. CVD硅碳负极材料/石墨复合到1000mAh/g, 配合高镍正极克容量225mAh的情况下，软包电池（20Ah）的能量密度达到380Wh/kg，替代高能量密度电池使用锂金属的情况，降低了成本。
4. 硅碳负极材料展现出了极为广阔的应用前景，在电动汽车、便携式电源，数码产品锂电池等领域均具备重要的应用价值。随着技术的持续进步和成本的逐步降低，CVD硅碳具有的高能量和资源富裕优势，低温性能优势，预计将替代50%石墨负极。
