硅基负极技术路线对比：硅碳&硅氧

楼市 2024-11-15 08:50 山东

来源 | 鑫椤资讯整理

据ICC鑫椤资讯数据显示，2024年Q3中国锂电负极材料产量为54.4万吨，其中人造石墨负极仍占据主流地位，占比达88%，而硅基负极占比不到1%。随着大圆柱和固态电池的持续发展，硅基负极的应用领域也将不断延伸，未来前景十分广阔。

目前可产业化的硅基负极技术主要分为两类，分别是硅氧负极和硅碳负极，硅碳负极是指硅与碳材料混合，硅氧负极则采用氧化亚硅与碳材料复合。硅氧负极主要分为三种路线：硅氧（氧化亚硅）、预镁硅氧、预锂硅氧。硅碳负极主要分两种技术路线：球磨法、CVD法。

硅碳负极技术路线多用纳米硅，目前主流的生产工艺以研磨为主，研磨法工艺通过物理研磨的方式将硅和碳材料混合并细化，达到纳米级别的粒径。这种方法工艺简单，易于实现大规模生产。小粒径可以改善硅基材料在充放电过程中发生的体积变化，且纳米级硅材料拥有较小的颗粒尺寸和更多的空隙，更容易缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。

硅氧负极材料通常由硅氧负极材料基体和包覆于其表面的无定形碳相组成，基体多用氧化亚硅，相较于单质硅颗粒，氧化亚硅（SiOx）在锂嵌入过程中发生的体积膨胀较小，因此相对纯硅负极，其循环稳定性有较为明显改善。

优势

劣势

硅氧

循环性能较好；

倍率性能较好。

首次效率较低；

工艺相较复杂。

硅碳

克容量较高；

首次效率较高；

工艺相对于其他硅基负极材料较为成熟。

循环性能较差；

电极膨胀率较高；

产品大规模生产一致性有待提高。

在性能方面，硅氧负极循环性能和倍率性能相对较好，但首次效率偏低，多不到80%，因此业内多用预镁或预锂的方式进行提升。预锂化技术通过在电极正式充放电循环之前添加少量锂源，补充副反应和SEI膜形成过程中消耗的锂，提高首次库仑效率和电池能量密度。预锂化能显著提高硅氧负极的首次库仑效率和循环性能，但仍面临操作难度大、成本高等挑战。目前预锂单体价格高达55万元/吨，较一代硅氧仅12万元/吨差了几倍之多，因此是否要为了提升部分性能而花费更多的采购成本也是下游企业考虑的重要方面。

硅碳负极克容量和首效较高，但循环次数和膨胀率等性能却相对较差。为了提升产品性能，业内开始逐步往CVD法技术路线发展，气相沉积法（CVD）是一种先进的硅碳负极材料制备工艺，从目前的性能测试结果看，CVD法硅碳负极在克容量、首效、循环次数、倍率等多个维度性能表现优异，其膨胀问题较传统球磨法取得较大改善，稳定性大幅提升。

CVD工艺被当前视为最具发展潜力，也是众多硅基负极厂商的最新布局方向。海外硅碳复合材料公司Group14在此方向目前具有一定的领先优势，国内企业如天目先导、兰溪致德等也实现了技术突破并出货给下游电池厂商。CVD法硅碳负极的上游原料主要为硅烷气和多孔碳材料，随着这两项材料价格的下降，CVD法成本有望大幅降低，其性价比也将愈发凸显。

总的来看，目前硅基负极中硅碳负极和硅氧负极各有千秋，市场仍是两种技术路线并存的状态，但两者市占率都很低。未来随着技术提升和下游应用领域的不断拓展，硅基负极的发展空间十分广阔，CVD法硅碳负极在降本后有望凭借出色的性能成为未来硅基负极的重要发展方向之一。本文作者：吴先生

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