硅氧与硅碳负极材料：技术路线深度对比与解析

硅氧与硅碳负极材料：技术路线深度对比与解析

随着锂离子电池技术的不断进步，硅基负极材料作为提升电池能量密度的关键材料，正受到越来越多的关注。目前，硅基负极材料主要分为硅氧负极和硅碳负极两大技术路线。本文将详细介绍这两种技术路线及其特点。

硅氧负极技术路线

硅氧负极材料主要由氧化亚硅（SiOx）与碳材料复合而成。根据制备工艺的不同，硅氧负极主要分为三代：

• 第一代硅氧负极：采用氧化亚硅与石墨材料复合。氧化亚硅在锂嵌入过程中发生的体积膨胀较小，相较于纯硅负极，其循环稳定性得到改善。然而，氧化亚硅在充放电过程中会生成Li2O等非活性物质，导致首次效率较低（约70%）。

• 第二代预镁硅氧负极：通过在制备过程中添加镁元素，阻止SEI膜合成，将首次效率提升至80%左右。但预镁化产品普遍克容量不高，且预镁工艺会增加材料成本，对电芯厂来说性价比较低。

• 第三代预锂硅氧负极：在第二代基础上进一步提升首次效率（ICE提升至86%-92%）。

然而，目前能够兼顾安全稳定、成本较低、可大规模生产的预锂化技术还不够成熟。

硅氧负极材料的常用量产制备工艺包括高温炉热处理、冷凝、粗碎、粉碎、CVD炉炭包覆等步骤。其核心在于通过氧化亚硅与碳材料的复合，以及包覆层的形成，提高材料的循环稳定性和导电性能。

硅碳负极技术路线

硅碳负极材料由纳米级的硅颗粒和碳基材料（如石墨、碳纳米管、石墨烯等）复合而成。根据制备工艺的不同，硅碳负极主要分为两种技术路线：

• 砂磨纳米硅：通过搅拌罐将硅粉和适量的溶剂混合，形成初步的浆料，通过隔膜泵输送至砂磨机中。转子结构与研磨介质的高速旋转，对浆料中的硅碳颗粒进行剪切、碰撞和摩擦作用，从而实现颗粒的细化和分散。研磨结束后，通过过滤、离心等方式将研磨介质与物料分离，得到细化的硅碳负极浆料。

• CVD法：通过气相沉积技术将纳米硅沉积到多孔碳骨架上。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，其膨胀问题较传统湿法研磨取得较大改善，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。

CVD法硅碳负极的制备工艺包括前驱气体的选择与供应、基底准备、反应环境设置、高温热解、冷却与后处理等步骤。其核心在于通过气相沉积技术形成均匀的纳米硅碳复合材料，并通过多孔碳骨架来缓冲硅嵌锂过程中的体积膨胀。

图为：博亿硅碳负极CVD法解决方案

对比分析

硅氧负极和硅碳负极各有千秋。硅氧负极在循环稳定性和倍率性能方面表现优异，但首次效率较低，且制备工艺较为复杂、成本较高。

图为：博亿硅碳负极CVD法解决方案

硅碳负极则具有较高的克容量和首效，但循环次数和膨胀率等性能相对较差。然而，随着CVD法技术的发展，硅碳负极的性能有望得到进一步提升。