中國粉體網訊  近年來，高性能負極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點之一，硅基負極材料更是因其理論比容量遠超石墨負極，成為行業突破電池能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國粉體網主辦的第二屆硅基負極材料技術與產業高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇在安徽合肥舉辦。

在此期間，中國粉體網邀請到了中南大學的周向陽教授就硅基負極材料的制備技術、挑戰和研究方向等一系列問題進行了探討交流。

中國粉體網：周教授，在固態電池負極材料的選擇上，硅基負極材料為什么可以脫穎而出？

周教授：固態電池是目前最有希望突破傳統鋰離子電池性能瓶頸的儲能器件，它可以大幅突破傳統鋰電的能量密度瓶頸，同時，理論上還具有高安全與全場景使用的優點。由于目前可實際應用的正極材料的容量均存在天花板（如：層狀結構鈷酸鋰理論比容量274，實際比容量135-140；尖晶石型錳酸鋰理論比容量148，實際比容量100-130；橄欖石型鐵鋰理論比容量170，實際只可發揮出130-150；層狀三元理論比容量278，目前實際可發揮的容量為150-200），為了發揮固態電池高能量密度的長項，采用高容量負極意義重大。在人們已經研究過的、通過嵌入、合金化或轉換反應實現儲鋰的負極材料中，金屬鋰由于有3820mAh/g的高理論容量與3.7V的電位（鈷酸鋰為正極時）得到了廣泛研究，但枝晶、死鋰和體積膨脹等問題到現在為止沒有從根本上解決，鋰作為負極時的快速循環衰減和安全風險問題嚴重阻礙了其實際應用進程。在這個背景下，硅負極由于有4200mAh/g的高理論容量與0.4V左右的對鋰電位，為固態突破容量瓶頸與解決安全問題提供了新的方案。

中國粉體網：周教授，硅基負極材料制備技術主要有哪些？您認為哪種制備技術能率先實現產業化？

周教授：盡管硅負極有上述的優點，但嵌/脫鋰過程的體積效應以及本征電導率低（電導率為10-4數量級）依然是該材料實際使用中不可回避的問題，這些問題帶來的主要后果是循環差以及難進行高倍率充放電。納米化是解決硅負極問題的有效手段，為此，人們開發了砂磨法、去合金法、冶金還原法等技術來制備納米硅與高電導組分彌散強化導電性能的微納結構多孔硅；采用納米硅與高電導炭復合也是解決硅負極問題的另一類有效措施，例如，近幾年來大家都在開發的CVD法。在上述改善納米硅性能的方法中，我認為CVD法最有可能成為固態電池硅負極的主流制備方法，但是這個方法依然存在一些問題，因為固態電池和液態電池對硅負極材料性能要求不一樣，固態電池中的硅負極最重要的是要解決載流子的輸運的問題，所謂載流子輸運指的是離子和電子的傳輸，離子和電子的傳輸阻抗要進一步降下來，才有可能真正讓固態電池發揮自己的優勢，因此CVD法依然還要再進一步地改進。

中國粉體網：周教授，硅基負極應用于固態電池還面臨哪些挑戰？

周教授：硅基負極的挑戰，第一個就是離子導電和電子導電的提升，第二個就是體積膨脹效應所帶來的惡化循環性能、增大界面阻抗問題，因此未來還是要圍繞如何降低載流子在界面與負極體相中輸運阻抗和抑制負極體積膨脹方面開展研究；另外，降低硅負極制造成本，是加快固態電池產業化進程的關鍵。

中國粉體網：周教授，目前，您團隊對于固態電池用硅基負極材料的研究方向是什么？進展情況如何？

周教授：我團隊現在做的工作：第一個工作是圍繞降成本。我們正在以太陽能光伏領域用的切割粉以及光伏行業報廢硅片等廉價原料開發硅負極，這些硅原料大多是晶態，因為鋰離子沿硅[110]晶面擴散能壘低于其他晶面，導致晶態硅具有明顯的各向異性，這非常不利于倍率性能的提升。為此，我們做了很多研究，相關工作發表在最近的EES與AFM等高檔雜志上，這些研究主要集中在造缺陷與降低其晶粒尺寸方面。

第二個工作構建全新結構的硅負極，希望可以解決載流子輸運與體積膨脹問題。目前正在開展雙導電新結構硅負極開發以及可獲得高壓實、高電導的全新CVD硅基負極技術研究。關于進展：第一個工作正在做放大驗證試驗，第二個工作還在實驗室研究中。

（中國粉體網編輯整理/初末）

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