新一代動力電池用高容量碳硅複合負極材料研發及產業化

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新一代動力電池用高容量碳硅複合負極材料研發及產業化納米硅粉；硅碳；核殼結構；負極材料；

應用領域

新材料

成果簡介

項目率先在國內研發出高產能、低成本、易分散、顆粒均勻的球形納米硅粉製備技術並實現工業化連續生產；開發出一種具有表面催化/修飾層、疏鬆碳層及硬殼碳包覆層結構的納米硅碳核殼結構材料，並實現材料成分和微結構的可控制備。 研發出具有表面催化/修飾層、疏鬆碳層及硬殼碳包覆層結構的納米硅碳核殼結構材料（容量800mAh/g），成功解決硅碳材料嵌脫鋰過程中的體積膨脹問題，硅碳電池滿電極片膨脹減小到20%以內，與石墨電池滿電極片膨脹相當，滿足300Wh/kg和400Wh/kg動力電池的研發需求。

經濟效益與社會效益

建成具有國內領先水平的450mAh/g硅碳複合負極材料示範生產線1條，年生產能力新增2億元，填補廣西區新一代鋰離子電池硅碳負極材料空白，為廣西及桂林市新能源汽車的發展提供高技術含量的原材料支撐，同時培育新的經濟增長點，促進就業。

相關資訊

高容量硅-碳複合負極材料

硅的理論比容量高達4200 mAh/g，遠高於當前傳統石墨負極372 mAh/g。硅基負極材料是目前鋰離子電池高能量密度化最有效的技術方向，也是我國鋰離子電池今後的重點發展方向，具有廣闊的商業前景。但硅基材料劇烈的體積膨脹效應等問題嚴重阻礙在其在電池中的應用。

課題組獨立發明了硅基材料與石墨等高結晶碳的複合負極材料體系及其鋰離子電池。通過硅基材料（Si、SiO及其碳包覆物）與可以可逆進行Li+電化學嵌脫的石墨等高結晶碳的共混，並進一步調控材料的共混比例和尺寸（如納米化），有效抑制了硅基材料在充放電過程中的巨大體積變化，解決了該電池體系嚴重的循環壽命問題，是當前高容量電池的最重要的負極體系。此項專利是目前高能量密度硅基鋰離子電池的基礎發明。基於本發明及公司其他技術成果，日立集團在2008年底在世界上率先向Motorola、Nokia等手機廠商提供硅基鋰離子電池樣品，並於2010年4月首次實現了該電池的商業化。該技術已被蘋果、三星、華為等公司的手機及美國特斯拉公司的電池系統中採用。該體系也被國家「十三五」計劃列為最重要的開發方向。