硅基負(fù)極材料表面修飾技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化路徑探析——訪蘇州大學(xué)王艷副教授

近年來，高性能負(fù)極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點之一，硅基負(fù)極材料更是因其理論比容量遠超石墨負(fù)極，成為行業(yè)突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國粉體網(wǎng)主辦的第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇在安徽合肥舉辦。

在此期間，中國粉體網(wǎng)采訪到了蘇州大學(xué)王艷副教授，就硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化等一系列問題進行了探討交流。

中國粉體網(wǎng)：王教授，首先請簡單介紹您團隊在硅基負(fù)極材料上的主要研究方向和最新成果。

王教授：我們針對硅負(fù)極，從多個方面進行了改性研究，包括表面修飾技術(shù)、功能粘結(jié)劑設(shè)計、和體相修飾等。其中做的最多的就是表面修飾，這種技術(shù)也是實現(xiàn)硅基負(fù)極應(yīng)用的一種非常重要的技術(shù)之一。我們先后研究了十幾種表面修飾材料，包括有機的、無機的、有機/無機復(fù)合的，其中有機的又涵蓋了小分子、聚合物等。我們的研究也已經(jīng)證實，通過表面修飾技術(shù)，可以顯著提升硅負(fù)極的首效、循環(huán)和倍率性能。值得一提的是，我們目前開發(fā)了一種新型表面修飾技術(shù)，這項研究突破了純硅全電池需要預(yù)鋰化的技術(shù)瓶頸，在沒有經(jīng)過任何預(yù)鋰化的全電池系統(tǒng)內(nèi)，使用修飾后的硅負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性要顯著優(yōu)于對比樣。

中國粉體網(wǎng)：您提到通過表面修飾改善硅負(fù)極性能，CVD碳包覆是目前主流方法，但存在成本高、工藝復(fù)雜的問題。您團隊的表面修飾技術(shù)如何兼顧性能和量產(chǎn)可行性？

王教授：CVD碳包覆的高成本確實是限制其發(fā)展應(yīng)用的一個主要因素。我們的表面修飾技術(shù)，從半電池和全電池的性能評估來看，已證明了其有效性。此外，我們選用的表面修飾材料普遍具有價格低廉、來源廣泛的優(yōu)勢，而且制備過程簡單易行，不涉及復(fù)雜工藝步驟，具有量產(chǎn)可行性。因此，我們的表面修飾技術(shù)有效兼顧了性能和量產(chǎn)可行性。

中國粉體網(wǎng)：傳統(tǒng)PVDF粘結(jié)劑無法適應(yīng)硅的大幅膨脹，您的新型粘結(jié)劑如何同時解決高粘結(jié)強度和電解液相容性問題？

王教授：首先，傳統(tǒng)PVDF粘結(jié)劑確實不適用于硅。但是，我們通過表面修飾技術(shù)可以解決這個問題。而且這個工作也已經(jīng)發(fā)表了。其次，我們也使用不同技術(shù)開發(fā)了多種粘結(jié)劑，包括接枝技術(shù)、交聯(lián)技術(shù)、自修復(fù)技術(shù)，以及共混技術(shù)等。為了同時解決粘結(jié)劑的高粘結(jié)強度和電解液相容性問題，在設(shè)計粘結(jié)劑的時候，需要考慮以下兩個方面：一方面，我們通過在粘結(jié)劑分子中引入羧基、羥基等極性基團，通過氫鍵、靜電相互作用或配位鍵與硅表面形成強粘結(jié)。同時，采用可逆共價鍵或超分子相互作用構(gòu)建動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以有效緩解硅的體積膨脹。另一方面，我們在設(shè)計粘結(jié)劑的時候，通過調(diào)控分子類型、控制交聯(lián)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化粘結(jié)劑組分占比等手段，減少電解液對粘結(jié)劑的滲透和溶解。而且會通過在電解液中的溶脹實驗來進一步優(yōu)化。

中國粉體網(wǎng)：最后，您認(rèn)為改性硅負(fù)極會率先在消費電子還是動力電池領(lǐng)域突破？

王教授：我個人認(rèn)為，從短期看，改性硅負(fù)極會率先在消費電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。從中長期看，改性硅負(fù)極會在動力電池領(lǐng)域加速滲透。對于消費電子，對電池體積敏感，對充電速度需求高，但可接受更高的單位成本。改性硅負(fù)極的高能量密度優(yōu)勢和快充特性符合消費電子的迭代需求。而且消費電子電池的驗證周期遠短于動力電池，企業(yè)可通過快速迭代優(yōu)化材料性能，搶占市場先機。對于動力電池，首先對于安全性與壽命要求嚴(yán)苛。雖然現(xiàn)在有不同的改性技術(shù)來抑制硅負(fù)極的體積膨脹，但規(guī)模化應(yīng)用仍需時間驗證。其次，動力電池成本較高，車企需在性能提升與成本控制之間實現(xiàn)平衡，這也在一定程度上延緩了改性硅負(fù)極技術(shù)的滲透速度。最后，改性硅負(fù)極在動力電池領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化，需車企、電池廠、材料供應(yīng)商多方合作，周期會更長一些。所以，我認(rèn)為改性硅負(fù)極會率先應(yīng)用于消費電子，但在動力電池方面會加速突破。

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