容量超1500mAh/g锂电硅氧负极材料实现规模化量产

近日，新疆晶硕新材料有限公司（以下简称“晶硕新材料”）新型锂电负极氧化亚硅材料300吨/年的小型生产线顺利投产运行，与此同时该公司5000吨/年氧化亚硅项目已正式启动，预计2021年下半年建成。这样一来，不仅能确保我国动力电池高端硅氧负极材料的供应，而且还可以降低我国对日韩进口产品的依赖，甚至实现彻底摆脱。

据悉，含有晶硕氧化亚硅负极材料的电池的可逆容量超过1500mAh/g，且在0.005-1.5V的电压下，电池的首次库存效率可超过74%，解决了以纯硅作为负极材料的电池循环稳定性差的问题。

作为主要的负极材料，石墨类负极的应用已经非常广泛，但其实际容量已做到了360 mAh/g，已接近372mAh/g的理论克容量，若想再提升它的空间已经很难实现了。而硅与碳的化学性质相近，但具有超过石墨10倍的高理论比容量和大的体积能量密度，在地壳元素中储量非常丰富，成本低，环境友好，因而在负极领域备受关注。

硅在锂离子电池中应用时不会引起表面析锂现象，有着良好的安全性，且相对于其他高比容量材料有着明显的优势。但是，纯硅作为负极材料时体积膨胀非常大（约300%），多次充放电会引起颗粒粉化，而SEI膜重复生长会不断消耗电解液，最终影响电池的循环稳定性。

目前，具有商业化应用前景的硅负极材料主要有两种：（1）纳米硅碳复合材料；（2）氧化亚硅材料。

氧化亚硅是一种具有较高比容量的负极材料，相较于硅，其在充放电过程中体积变化较小，这是由于在首次嵌锂过程中，氧化亚硅锂化生成单质硅、氧化锂和硅酸锂。而原位生成的单质硅弥散分布在氧化锂-硅酸锂无定形基体中，这样的结构可以缓冲活性硅脱嵌锂过程产生的体积变化。同时，氧的引入有利于降低氧化亚硅在脱嵌锂过程中的体积变化。此外，氧化亚硅还具有工作电压低，安全性好、原料来源广泛等优点，因而成为近年来研究人员们关注的热点。

但是，氧化亚硅也存在着首次效率低的不足，由于氧化亚硅材料在嵌锂的过程中会生成Li2O和Li4SiO4非活性产物，从而导致部分Li失去活性，因此SiOx材料的首次效率一般仅为70%左右。即便如此，具有更小的体积膨胀和更好的循环稳定性对于动力电池更为重要，各大材料厂家纷纷转而开始研究循环性能更好的SiOx材料，目前市场上的硅负极材料也大部分都是氧化亚硅材料，因此SiOx材料更具发展前景。如贝特瑞、杉杉、特斯拉的动力电池皆选择硅氧负极作为方向。

晶硕新材料是国家高新技术企业，主要从事高端粉体和陶瓷制品的研制，是国内第一家可以实现氨解法生产氮化硅粉的企业，是少数能批量生产85W/m·K以上热导率基板的企业之一，还是国内光伏产业氮化硅陶瓷结构件最大的生产厂家。

近年来，随着锂电产业研究和应用技术的发展，硅氧负极方面的研究和产业化兴起，晶硕新材料也从2017年开始氧化亚硅材料规模化生产的技术开发，这既是氧化亚硅传统应用的突破，也是晶硕新材料先进陶瓷业务领域的突破。

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