如何优化硅基负极材料？

有关如何优化硅基负极材料的问题，在报告《锂电池行业硅基负极专题报告：4680电池引领需求，历经蛰伏将迎爆发》中可以找到答案，具体以原报告内容为准，下面的内容也出自该报告。

1.预锂化提升首效短板，规模化带动成本下降

负极预锂化能大幅度提高锂离子电池的首次库伦效率、弥补不可逆容量损失。硅基负 极首效较低，主要是因为硅材料比表面积较大，导致电极在首次嵌锂的过程中产生大面积 SEI 膜，从而消耗电池中的锂离子。预锂化（预嵌锂），是指在锂离子电池工作前向电池内 部增加锂来补充锂离子。预锂化不仅可以增加锂离子电池在循环过程中的活性锂含量，从 而获得更高的比容量，还有利于提前调节负极表面 SEI 膜的形成，保证了锂电池循环稳定 性与能量密度。

负极预锂化工艺难度高，规模使用利好成本下降。预锂化有正极补锂与负极补锂两种 方法。负极补锂的方式主要包括锂箔补锂、硅化锂粉补锂和电解锂盐补锂等。但是现阶段， 由于金属锂的使用与生产环境、常规溶剂、粘结剂及热处理等过程不兼容，相比于正极补 锂，负极补锂由于成本与工艺原因，难度相对较高，预计随着硅基负极的需求提升，相关 成本将会下降。

2.材料端持续改进，多路线齐头并进

改进硅碳材料可使其性能更高，主要改进方法包括改进碳材料和添加新材料。目前硅 基材料的改进方向包括：（1）选用硅碳（Si-C）复合材料或者硅氧（SiO-C）复合材料； （2）选用纳米碳、石墨烯等新型导电剂材料。

1）硅-碳（Si-C）复合材料：硅的低导电性与体积膨胀问题是前期硅基负极商业化应 用限制的主要原因。而减小硅的尺寸到纳米级别，可以减小材料在充放电期间的应力影响。 硅颗粒的临界尺寸为 150nm，因此当尺寸小于 150nm 的硅颗粒用于负极端的时候，即使 在嵌锂过程中发生体积改变，开裂的几率将大幅度减少，因此纳米硅-碳（Si-C）负极作为 商用化较早的负极使用。

2）硅氧（SiOx-C）复合材料：相比于硅碳（Si-C）复合材料，硅氧负极的理论比容 量为 2400mAh/g，完全锂化膨胀率为 150%左右，由于氧化亚硅在嵌锂过程中会原位形成 氧化锂，有助于克服体积膨胀，使得材料形成稳定的 SEI 膜，但由于氧化锂的形成会消耗 大量锂离子，因此通过将氧化亚硅与碳材料复合后，可以提升材料的导电性、循环稳定性。

3）导电剂-碳纳米管：有效抑制硅基负极的膨胀，极大提升导电性。碳纳米管分为多 壁碳纳米管和单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的导电性是多壁碳纳米管的 10 倍，添加量少 但效果好。此外，单壁碳纳米管的高柔韧性和长径比，还可有效解决硅基负极的膨胀问题。