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随着当今世界越来越重视新能源的发展，锂电池成为了新能源的研究的重点领域。锂电池最为核心的部分是正负极材料、电解液、隔膜，而正负极材料是锂电池最为核心的部分，决定着锂电池电化学性能，“第二届新型电池正负极材料技术国际论坛”正是这在这样的背景下，于2015年4月22日-2015年4月25日在杭州萧山举行。作为一研究生，有幸参加了这次论坛，聆听了众多学术和产业界有为人士的精彩报告，让我对锂电池研究和产业发展都有了更加深入的认识，收获良多。 22日，论坛一开始，陈立泉院士以“万众创新，万众创业”为题，讲述了锂电池的发展历程、面临的问题和今后的发展方向。陈院士表示，锂电池的发展非常迅速，电池工艺和正负极材料都到了技术瓶颈，需要“万众创新，万众创业”，产业协同来突破瓶颈。并指出全固态锂电池将是今后锂电池的发展的趋势，实现全固态锂电池有三个前提：一是能够在室温下稳定的锂箔，二是实用的固体电解质，三是实用的正极材料。台湾工研院吕学隆博士对2015年锂电池正/负极材料的市场和商品化技术趋势进行了深入精彩的分析。报告指出，硅基负极是目前负极材料的发展热点，也是最有可能商用的下一代负极。目前很多企业都在研究硅基负极，如SiOx、Si/C。目前，硅负极主要跟现有的石墨负极混合起来使用，含量一般在5%左右，能够使负极的容量提升到450mAh/g。另外，ATL、万向A123、三井矿业、比克、通用汽车等企业，对采用新型正负极材料开发电动车/储能等实用化电池报告了各自公司的技术路线和发展概况。这些报告指出，根据电池用途和需求的不同，如3C用容量型、汽车启停用功率型，需选用不同的正负材料来设计电池。 22日，论坛分为正极材料研究与应用评价、负极研究与开发以及应用评估两个会场，由于我的研究课题是硅基负极材料，我重点放在了负极研究与开发以及应用评估会场。武汉大学艾新平教授，对高循环稳定性硅基负极发展策略进行了探讨，指出硅基负极存在的主要挑战是体积膨胀以及粉化后SEI膜不断变厚带来的容量衰减。主要应对策略包括纳米化、多孔化、合金化，以及硅基负极理想的结构：外层具有完整且致密的包覆层，防止电解液的直接，同时具有良好的导电性，内部具有容忍体积膨胀的空间。 安普瑞斯（Amprius）的产业化技术来自于斯坦福大学崔毅实验室，该实验室是硅基负极学术研究领域先导，所以我对其产业化的情况比较期待。安普瑞斯针对硅基负极存在的问题在结构方面主要采用硅纳米线、核壳结构、石榴结构，同时提出了人造SEI膜、开发新的粘接剂、新的电解液（含FEC），从电池的各个部分全面的提高硅基负极的性能。 复旦大学江志裕教授报告展示了他们在多孔硅已经电解液方面的研究，利用酸刻蚀硅铝合金得到多孔硅；研究了不同电解液配方，表明FEC、VC的添加，有利于循环性能的提高。物理所李泓教授的报告，展示了元宵结构的硅基负极以及硅基负极SEI膜的基础性工作。报告指出FEC、VC的添加有利于稳定的SEI膜的形成；另外，高倍率下，SEI膜的厚度较小，有利于提高循环性能。由此可见，得到稳定SEI膜的对于提高硅基负极的电化学性能尤为重要。 索尼公司（Sony）报告了该公司在SiOx、Si/C、铜箔上直接沉积硅等方面的研究进展，并讨论了热沉积和真空沉积的差异。天津力神史杭博士，从动力电池（550Wh/L）3C产品（750Wh/L）电池的需求出发，引出了下一代负极容量需450mAh/g，超过了石墨负极的理论容量（372mAh/g），并认为硅负极与目前石墨负极混合将是下一代负极的必然趋势。史博士提出了一些选择方案，硅颗粒是晶体或非晶体、纳米或亚微米，与缓冲物复合形成SiOx、SiFe2、Si/C等。 对于硅基负极材料此次论坛给我的总体感受是，硅是最有商业化前景的下一代高容量负极材料，硅与现有石墨负极混合使用是一个比较可行的方案，其含量在10%以下比较合理。另外针对硅基负极存在的体积效应，主要解决方案还是在于材料结构设计、与导电缓冲物复合，同时探索新的粘接剂、电解液体系。当然，我个人也认为硅基负极还需要更多深入的机理型研究，包括硅负极SEI膜对电池电化学性能的影响，在充放电过程中与其他非活性相的相互作用，高温下的充放电过程等。硅基负极以其高容量的特点最有希望成为下一代锂电池负极材料，但也存在许多挑战，只有不断的创新、突破，才能使硅基负极得到实用化。 |
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