【原创】EPTec2018精彩报告之魏飞教授：硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术

中国粉体网讯  2018年9月27-28日，中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将于南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”，并邀请清华大学魏飞教授为业内人士带来精彩报告：《硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术》。

锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、循环寿命长、工作电压稳定等优势，是未来极具发展前景的人造能源载体。其中，负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一。

锂离子电池的负极材料

锂离子电池的负极材料通常要求具有以下条件：

（1）材料具有适宜的嵌锂电位

（2）材料可逆嵌／脱锂性能好

（3）材料在嵌／脱锂过程中的体积变化较小

（4）材料具有较好的导电性

（5）材料在充放电过程中表面能够形成稳定的SEI膜

（6）电化学稳定性好

（7）成本较低

常见负极材料性能对比

目前，碳素类负极材料己经被广泛商业化应用，其具有很好的电化学活性，有利于电子的传递，在循环过程中电极结构保持稳定，体积膨胀率小。但是对此类材料的开发已经接近其理论容量，而在电动汽车快速发展的阶段，对高能量密度和高功率密度锂离子电池的需求日益迫切。石墨材料较低的可逆比容量无法满足高比容量密度的需求，因此迫切需要开发新型稳定的高比容量负极材料。

硅基负极材料的优缺点

硅基负极材料具有比容量高、电压平台低、环境友好、资源丰富等优点，有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池，是目前最具有发展潜力的负极材料。

但是硅基负极材料同样存在很大缺点。硅脱/嵌过程中有较大的体积变化（300%），易导致颗粒粉化，进而从集流体上脱落。同时，硅负极表面在充放电过程中存在 SEI 膜的不断破碎及生成，持续地消耗活性锂离子，导致库仑效率及电池循环寿命降低。

硅基负极材料体积变化的影响

为了解决这些问题，科研人员提出多种解决手段，将金属、氧化物 、有机聚合物、碳等材料与硅复合，缓解其体积变化，提升电化学稳定性。其中，碳材料具有优异的导电性和力学性能，与硅复合不仅可有效缓解体积膨胀，还可以改善电极导电性并得到稳定的 SEI 膜，硅碳复合材料是最先进入商业化的硅基负极材料。

硅/陶瓷/碳负极材料

据研究，硅氧基负极具有较高理论容量、惰性基体提高稳定性、成本低、易大规模制备的优势，但也存在不可逆容量高、200%体积膨胀、导电性差、库伦效率低等劣势；SiOx、SiNx复合材料也存有制备量小、难以放大、制备方法复杂、原料成本高、导电性差、循环不够稳定、容量难以发挥、倍率性能差等缺点。

对此，有学者提出能否找一种强度高、化学稳定性好，不与锂反应的材料为透锂中间层，改进硅循环性同时，不降低首次库伦效率？通过研究，学者发现硅/陶瓷/碳复合材料具有制备量大、制备过程简单、寡层石墨烯包覆提高导电性、循环稳定性明显改善、容量发挥较好、倍率性能优越等众多优势。

2018年9月27-28日，中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将在南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”，届时魏飞教授将同业内人士探讨硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术。精彩报告，不容错过！

魏飞教授简介

魏飞，博士。现任清华大学化工系教授、博士生导师，北京市“绿色化学反应工程和技术”重点实验室主任，清华大学长江学者特聘教授。

研究领域包括多相流和多相流反应堆。魏教授赢得过很多荣誉和奖励，如国家杰出青年科学奖（1996 ），中国青年特殊贡献奖（1997 ），1999 年被国家教育部授予“杰出科学家”荣誉称号。有超过 200 篇著作和论文出版。

（中国粉体网编辑整理/三昧）