近年来，随着动力电池市场的快速增长，上游材料领域发展迅速，对负极材料的性能提出了更高的要求。石墨技术路线已经逐渐不能满足高比容量的要求。许多负极材料厂商开始调整战略方向，加大新型负极材料的布局，其中硅负极备受关注。
1.硅阳极材料分析。
硅是目前已知的锂离子负极材料中比容量最高的，可达4200mAh/g，远超石墨负极372mAh/g的理论比容量十倍以上。然而，它的低循环寿命严重阻碍了它的商业应用。具体充放电原理如下:
硅阳极循环寿命低是由于其在充放电过程中体积膨胀巨大。充电时，锂离子从正极材料中脱出，嵌入硅晶体内部晶格，产生极大膨胀(最高可达300%，石墨仅为10%)，形成硅锂合金；放电时，锂离子从晶格中脱出，形成很大的间隙。这种现象会导致以下结果:1、颗粒粉化，循环性能差
2.活性物质和导电剂粘合剂之间接触不良。3.表面SEI反复生长，消耗电解质和锂源，循环变差。
为了克服硅膨胀带来的缺陷，研究人员利用复合材料组分间的协同效应，采用了& ldquo缓冲骨架& rdquo以补偿材料膨胀。在Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质提供储锂能力；c不仅可以缓冲充放电过程中硅阳极的体积变化，还可以提高Si材料的导电性，避免Si颗粒在充放电循环中的团聚。二、硅碳阳极材料的结构设计
一般来说，复合材料根据碳材料的种类可以分为两大类:传统硅碳复合材料和新型硅碳复合材料。其中，传统的复合材料是指硅与石墨、MCMB、炭黑等的复合材料。，而新型硅碳复合材料是指硅与碳纳米管、石墨烯等新型碳纳米材料的复合。
01
包层结构
包覆结构是在活性物质硅表面包覆一层碳层，可以缓解硅的体积效应，增强其导电性。根据包覆结构和硅颗粒的形貌，包覆结构可分为核壳型、蛋黄壳型和多孔型。
(1)核壳型
核壳型硅/碳复合材料以硅颗粒为核，核的外表面均匀包覆一层碳。
(2)蛋黄壳型蛋黄-壳结构是一种新型的纳米多相复合材料，它是在核壳结构的基础上，在核和壳之间引入了间隙空。其空腔可以容纳硅的体积膨胀，可以实现硅芯更自由的膨胀和收缩。
(3)多孔的多孔硅通常采用模板法制备，硅的内部空间隙可以为锂硅合金化过程中的体积膨胀预留一个缓冲空，从而缓解材料内部的机械应力。多孔硅形成的硅碳复合材料在循环过程中具有更稳定的结构。
02嵌入式结构
嵌入式硅碳复合材料是通过物理或化学方法将硅颗粒分散到碳载体中制成的。硅颗粒与碳基体紧密结合，形成稳定的两相或多相体系，依靠碳载体为电子和离子提供传输通道和支撑框架，从而提供材料结构的稳定性。
三、制约硅碳阳极的三个因素& ldquo人无完人，事无完人& rdquo！看似简单的硅碳阳极要实现产业化并不容易。许多企业也明确表示，如果他们仅仅意识到& ldquo2022年，电池单体的比能量将达到300瓦时/千克& rdquo目标不难，但在保证电池安全性的同时提高比能量确实很难。具体有三点:
首先，硅碳负极材料的循环性和安全性较差。
碳阳极要达到86-91%的首效并不是很难，但关键是循环库仑效率还是比石墨低很多。硅基材料两相分离的合金化机制，不仅使硅基材料难以获得石墨材料那样优异的循环性能，而且难以产生快速的锂离子迁移通道，在高倍率充放电下必然导致较大的容量损失和安全隐患。
二是硅碳阳极的研发和生产成本极高。
生产实践证明，为了获得理想的电化学性能，复合材料中硅颗粒的粒径不应超过200-300 nm。此外，比表面积、粒度分布、杂质、表面钝化层厚度等关键指标的技术壁垒很高，目前国内厂商达不到，而纳米硅粉外包成本极高。
这是三硅碳复合材料高膨胀率的隐患。
随着硅的不断膨胀，电池中产生了很大的应力，造成极片的挤压，极片在反复循环后可能会断裂。要降低膨胀率，就要优化复合工艺，使用粒径更小的纳米硅粉，尽可能均匀地复合在石墨颗粒表面，这也是硅碳阳极产业化的一大难题。
小荠
阳极材料的市场集中度高。从全球范围来看，中国和日本是主要的生产国和销售国。相对于日本的技术优势，中国是负极材料的主要生产国。近年来，随着生产技术的不断提高，市场份额不断增加。对于硅碳阳极，业界普遍认为已经足够& ldquo承担起这个责任& rdquo。
由于硅碳负极材料技术门槛高，行业集中度很高。目前，国内企业在硅碳阳极材料产业化方面进展缓慢。除贝尔泰利硅碳复合负极材料外，硅碳负极材料在CATL、比亚迪、郭萱高科、李绅、比克、杉杉、星城石墨等企业的产业化应用正在推进。
关于；在…各处 ；大约
