隨著新能源汽車在實際應用中對續航里程要求的不斷提高，目前的材料體系明顯已無法滿足現實需求，研發新型高能量高性能材料迫在眉睫。目前，硅基材料已成為電池企業和鋰電材料商改善負極的最優先選擇。現狀是發展大部分材料商都展開了對硅碳復合材料做負極材料的研究和生產，目前只有貝特瑞和上海杉杉已進入中試量產階段，大多數材料商仍處于研發之中。

硅碳負極產業化進行時

國內前幾大負極材料生產廠商陸續對硅碳負極材料進行布局，深圳貝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳負極材料產品，上海杉杉正處于硅碳負極材料產業化進程中，星城石墨已將硅碳新型負極材料作為未來產品研發方向。此外，電池企業中，BYD、CATL、國軒、力神、萬向、微宏等都展開了對硅碳負極體系的研發和試生產。

從目前已產品化的硅碳負極材料性能來看，相比于石墨負極材料而言，最大的優勢在于比容量的提升。硅碳負極材料的最低比容量一般都超過石墨負極材料的理論比容量，貝特瑞的S1000型號硅碳負極材料的比容量更是高達1050mAh/g，盡管離硅的理論比容量4200mAh/g仍有較大差距，但已經是人造石墨負極材料比容量的3倍，性能有大幅度地提高。此外，硅碳負極材料的首次效率能達到90%以上，滿足應用的要求，其他各項指標也不亞于石墨負極材料。

硅負極的優勢在哪里

石墨的理論能量密度是372mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g，而且還具有環境友好、儲量豐富等特點，通過在石墨材料加入硅來提升電池能量密度已是業界公認的方向之一，日韓等大電芯廠商都在做硅碳負極電池的商業化，包括比亞迪、力神、比克、萬向等國內電池廠商也在跟蹤，但是至目前為止還沒有看到量產的產品。特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上，特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上。

硅材料在鋰電池的應用

硅材料在鋰離子電池中的應用，主要涉及兩方面，一是在負極材料中加入納米硅，形成硅碳負極，二是在電解液中加入有機硅化合物，改善電解液的性質。

(一)納米硅：鋰電負極材料的重要成員

納米硅，指的是直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬無定形材料，常由溶膠凝膠法等方法制備而成。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低等特點，且無毒、無味。納米硅的應用領域廣泛：①與石墨材料組成硅碳復合材料，作為鋰離子電池的負極材料，大幅提高鋰離子電池的容量，這是我們關注的重點;②用于制造耐高溫涂層和耐火材料;③與金剛石高壓下混合形成碳化硅-金剛石復合材料，用做切削刀具;④可與有機物反應，作為有機硅高分子材料的原料;⑤金屬硅通過提純制取多晶硅;⑥半導體微電子封裝材料;⑦金屬表面處理。

(二)有機硅：鋰電電解液的功能添加劑

有機硅，是一類人工合成的，結構上以硅原子和氧原子為主鏈的一種高分子聚合物。由于構成主鏈的硅-氧結構具有較強的化學鍵結，因此有機硅高聚物的分子比一般有機高聚物對熱、氧穩定得多。有機硅獨特的結構，使其兼備了無機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性，廣泛應用于特種航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業，其中有機硅主要應用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。

盡管有機硅在室溫下的力學性能與其它材料差異不大，但其在高溫及低溫下的物理、力學性能表現卓越，溫度在-60到+250℃多次交變而其性能不受影響，故有機硅高聚物可在這個溫度區域內長期使用，有些有機硅高聚物甚至能在低至-100℃下正常使用。

硅負極材料的缺點

硅負極材料的缺點也相當明顯，主要有兩大缺點：①硅在鋰離子嵌入脫嵌過程中，會引起Si體積膨脹100%~300%，在材料內部產生較大的內應力，對材料結構造成破壞，電極材料在銅箔上脫落，同時硅表面的SEI膜不斷重復形成-破裂-形成，共同降低了電極的導電性和循環穩定性;②硅為半導體，導電性比石墨差很多，導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，進一步降低了其首次庫倫效率。因而，必須解決硅在充放電過程中產生的體積膨脹和首次充放電效率低的問題。