中国粉体网讯 硅因其室温下3579mAh g-1的高理论容量，大约0.4V vs Li+/Li的合理氧化还原电位和丰富的自然存储量被认为是下一代锂离子电池负极材料最有前途的候选者之一。
然而，伴随硅锂化过程中体积急剧变化引起的应力，导致了一系列的活性材料自身及其与集流体、粘结剂的机械故障，这些问题都导致了硅负极在重复循环过程中容量的快速衰减，从而限制了其大范围商业化应用。
目前，将硅材料进行纳米化并与碳材料复合处理是缓解其体积膨胀和提高其循环性能较为有效的途径。
通过纳米化途径，可制得纳米尺寸的硅材料。相对于大块的颗粒，纳米级的硅更不易断裂或发生粉化，并且能够缓解循环过程中硅的体积膨胀。其较小的粒径和较大的比表面积缩短了锂离子的传输距离，可以部分减少或避免机械应力在充放电过程中引起的巨大体积膨胀。
但是，硅材料尺寸的减小也会带来两方面问题，一方面，硅材料在纳米化过程中容易发生纳米颗粒团聚现象，降低其电化学性能；另一方面，纳米化会增加硅材料的比表面积，导致较多的副反应发生，使得其库伦效率降低。
碳复合可以弥补这一缺陷，碳材料具有相对稳定的结构、循环时有限的体积膨胀、优异的导电性、机械柔性、热稳定性和化学稳定性，不仅充当缓冲壳以减轻体积变化，而且降低了硅与集流体之间的接触电阻。目前工业化常用的方法是通过硅与碳材料复合的方式来提高其电化学性能。
近年来，硅碳复合材料的制备和改性技术得到了快速发展。主要的制备方法包含水热法、热处理、静电纺丝技术、球磨法、喷雾干燥技术、以及化学气相沉积技术。
水热法
水热法成本低、效益高，是常见的碳包覆硅的方法。水热过程环境友好，能够避免杂质的引入，制得的材料分布均匀，使碳能够均匀地包裹在硅的表面。
热处理
高温热解有利于聚合物作为碳源、纳米硅或氧化硅为硅源，由于易将聚合物转化为无定形碳，在惰性气氛下高温热解生成碳包覆硅材料。聚合物高温热解产生的非晶碳孔隙结构更丰富，能更好地适应硅基材料的体积变化。
静电纺丝技术
硅基材料在循环过程中，面临着因材料粉化或膨胀引发的材料从集流体上脱落的问题，静电纺丝技术得到的自支撑材料能够有效避免这一问题，并减少生产成本。
球磨法
球磨法具有操作简单、成本低、可扩展、成品率高等优点，而且还具有规模化生产的潜力。硅在长时间的机械应力条件下分散或嵌入到碳基体中，球磨产生的界面空隙可以容纳硅的体积膨胀。
喷雾干燥法
对于硅碳复合材料，喷雾干燥技术能够在热气氛中快速干燥浆料或液体，同时实现一致的大小分布。
化学气相沉积法
化学气相沉积（CVD）是一种通过加热基底表面或其附近的气态反应物的化学反应来合成高质量薄膜或涂层的合成途径。在硅碳负极的生产中，通常采用硅烷气（SiH4）作为前驱体，以碳基/石墨为基底，实现硅碳复合材料的均匀生长；或是在金属催化剂的作用下，在材料表面均匀生长石墨烯纳米片，达到封装结构，增强材料稳定性的目的。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于2025年6月24-25日在安徽·合肥举办第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛暨2025CVD硅碳负极材料前沿技术论坛。大会旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，来自辽宁科技大学的狄方副教授将作题为《锂离子电池硅碳负极微结构—应力耦合关系研究》的报告。
本报告将通过介绍基于多维度多界面设计的一系列新型硅基复合材料以解决上述问题，并将系统讨论上述材料微结构形成机理及各相间界面相互作用，分析微结构调控对复合材料结构力学-循环稳定性-电化学反应动力学间的内在关系，进而获得具有高循环比容量、倍率性能的硅基负极材料。
专家简介：
狄方，毕业于辽宁科技大学获化学工程与技术专业工学博士学位并留校任教。现任辽宁科技大学化学工程学院储能系专任教师，主要研究方向为硅碳负极材料微结构调控及其电化学性能优化，曾在《Journal of Materials Science Technology》、《Journal of Colloid And Interface Science》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Energy & Environmental Materials》等国内外学术期刊上发表论文10余篇。作为骨干成员参与国家自然科学基金项目3项，省重点研发项目1项，主持校级项目1项。多次指导学生参加国家、省级各类创新创业比赛，获国家级一等奖、省级二等奖、三等奖各一次。
参考来源：
柳小伟等《基于电化学-应力耦合模型的锂离子电池硅/碳核壳结构的模拟与优化》
高嘉祺《硅碳负极材料的维度设计、制备及在锂离子电池中的应用》
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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