硅负极材料“天花板”是谁？…UNIST研究团队在《Nature Energy》发表综述论文

Published 29 Aug.2023 10:19(KST)

Updated 06 Aug.2025 15:22(KST)

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一套可用于评估商用电池中硅负极材料的分析方案已经被提出。

蔚山科学技术院（UNIST）能源化学工程系特聘教授 Jo Jaepil 团队在《Nature Energy》发表综述论文，深入分析了作为二次电池材料中最受关注的硅负极物质在应用于商用电池前必须具备的特性及其存在的问题。

硅负极材料在充放电过程中，其体积相较石墨会发生超过5倍的膨胀与收缩，导致颗粒破碎。由此加速了与电解液之间的分解反应，使表面膜增厚，阻碍锂离子迁移，并引起寿命衰减。

目前用于电动汽车电池负极的硅材料为微米级颗粒的 SiOx 体系，含量低于5%。但该材料的初始效率仅在80%多，且电导率偏低，因此在快速充电方面存在问题。

左为UNIST教授 Jo Jaepil，右为庆尚国立大学教授 Sung Jaekyung。

研究团队指出，正在开发中的各类硅材料初始效率均低于86%，明显低于石墨的94%，从而降低了正极材料的利用效率，这是其一大问题。

研究团队还分析称，硅材料颗粒越大，效率下降越严重，由体积膨胀与收缩引起的破碎现象会被进一步加速，进而导致电池寿命急剧缩短并伴随气体产生。

研究团队在本次论文中指出，将硅的粒径缩小至5纳米以下，并使其均匀分散于导电碳颗粒之中，是目前唯一的解决方案。

Jo Jaepil 特聘教授表示：“目前专业学术期刊中所报道的硅负极材料评价方法相对有限，难以判断其商用化可能性等问题。本论文有望推动适用于商用化的硅负极材料开发更加活跃地展开。”

此次综述论文应能源领域权威学术期刊《Nature Energy》主编之邀撰写，庆尚国立大学教授 Sung Jaekyung 以共同通讯作者身份参与。论文已于8月28日发表。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。