依照利用范围划分，锂离子电池分为消费类电池、动力电池和储能电池。无论行使正在哪个范围，人们都欲望所利用的锂离子电池能存更多的电（能量密度高）、用更长的时刻（轮回寿命长）、充电时刻更疾（倍率职能优）。要实行以上愿景，“地基”便是高职能的正、负极质料。以动力电池为例，固然锂离子电池负极质料仅占电芯总本钱约10%、占电芯总质料约8%，但负极质料对电芯的能量密度晋升有明显功用。商酌注解，负极质料中硅基负极的能量密度较目前可用的同类电池超过20%～40%，是目下物业化远景较好的下一代负极质料。
跟着数码电子产物的升级和新能源纯电动汽车对续航里程提出更高央浼，斥地新型负极质料行为下一代电池本领，成为国内锂电池负极质料企业霸占异日市集当先位子的计谋对象。硅碳负极除了为电池带来续航方面的大幅晋升，另一大上风正在于高倍率充电场景下的太平性高于目下正在市集占主流位子的石墨负极。
硅基负极是目下物业化远景较好的下一代负极质料，曾经成为新能源行业的普及共鸣。有商酌注解，即使采用硅基负极，其能量密度较目前可用的同类电池超过20%～40%。正在碳基负极方面没有当先上风的企业，势必会思方想法抢占该风口，提前结构。
近年来，硅碳负极行使步调慢慢加疾。2017年，美国特斯拉公司将硅碳负极行使于量产的Model 3电动汽车上，续航里程晋升了20%，这让业界看到了硅碳负极正在升高动力电池职能方面的明显功劳，惹起了极大闭心。2021年3月，山东石大胜华化工集团股份有限公司实行了1000吨/年硅碳负极的临盆装配及配套储运措施装配，进入临盆阶段。硅宝科技正在2019年实行50吨/年硅碳负极中试临盆线万吨/年硅基负极质料造造项目标议案。2022年6月，宁德时期宣告麒麟电池，负极采用硅碳质料，能量密度抵达255瓦时/千克（Wh/kg）。2023年6月，特斯拉通告利用硅碳负极的4680电池（46毫米直径，80毫米轴向长度）累计产量冲破1000万颗，标识着4680电池正式进入到量产阶段。
专家以为，“硅碳时期”曾经邻近，硅碳负极行使将进入疾车道。跟着半固态电池、4680大圆柱电池的慢慢量产，硅基负极的渗入率将会迅疾晋升。估计2025年硅碳负极希望正在负极质料中的渗入率抵达20%～30%，需求量或达20万吨/年，市集空间超200亿元。
顾名思义，硅碳负极是硅和碳的复合物，硅颗粒供应储锂容量，碳质料缓冲体积改变，同时两全了较高的比容量与较长的利用寿命。
从硅的由来讲，硅碳负极包罗两品种型：纳米硅碳负极和微米氧化亚硅碳负极。相较于商用石墨负极，硅碳负极的造备工艺庞杂，较难实行大周围临盆，且各企业的临盆工艺不尽类似，产物未抵达圭表化，正在研发和行使方面面对着较高的研举事度和本领壁垒。
起首是硅碳负极本身性格的节造。一方面，硅碳负极正在利用流程中会产生强壮的体积改变，改变幅度可达300%。正在强烈的体积改变下，硅碳负极中的硅颗粒极易粉化、零落，变成电池容量衰减、利用寿命低浸。硅碳复合碳包覆工艺，通过硅基质料表表改性、优化硅碳复合工艺等妙技来缓冲硅基质料的体积膨胀，淘汰变形变成的倒霉影响，是实行硅碳负极物业化的第一项中心工艺。目前针对硅碳复合碳包覆工艺的相干商酌正在国表里已趋近成熟，并正在业内通常利用。另一方面，正在利用流程中硅碳负极会使电池中的锂发作不行逆损耗，不光影响电池的初次库伦效劳（即电池初次利用时放电电量和充电电量之比，是权衡电池效劳的首要目标），还会导致电池放电量慢慢低浸。该题目可能通过硅碳复合碳包覆工艺获得肯定水准的缓解，但照样主要限造硅碳负极的现实行使。预锂化本领是实行硅碳负极物业化的第二项中心工艺，通过预先积蓄锂损耗，预锂化本领可能明显晋升电池的初次库伦效劳，缓解容量衰减题目，晋升负极质料职能。业界普及以为斥地与今世锂离子电池安装编造兼容的先辈预锂化本领是实行硅碳负极物业化行使的必由之途。
其次是原料临盆难度大导致的本钱高。高端纳米硅是硅碳负极的中心原质料之一，其质料凹凸直接影响硅碳负极职能。正在高端纳米硅的临盆流程中易产生聚会、氧化，所以对造备工艺、操作流程和筑设央浼均较高，进而也增补了硅碳负极的临盆难度和本钱，成为物业化的首要壁垒。高端纳米硅造备本领是实行硅碳负极物业化的第三项中心工艺，务必正在两全临盆本钱的条件下，造备出初次库伦效劳高、轮回巩固性好的高纯超细纳米硅，材干希望实行物业化行使。
再次是配套辅帮质料的不断优化。电池安装流程中的配套辅帮质料，如电解液、粘结剂等，也会正在较大水准上影响硅碳负极职能的阐明。现有的配套辅帮质料并非特意针对硅碳负极打算，无法最大水准阐明硅碳负极的职能，所以配套辅帮质料的优化工艺成为硅碳负极的第四项中心工艺，须要编造优化配套辅帮质料材干真正晋升硅碳负极的现实行使材干，帮力实行物业化行使。
硅碳负极的物业链构造较为明显：物业链的上游为原质料供应企业，闭键涉及人造石墨、煤系和油系焦炭、二氧化硅、纳米硅、包覆沥青等；中游为硅碳负极临盆企业，竞赛较为激烈，既有石墨负极头部企业结构，也有硅企业延迟结构，更有始创企业入局，国表里均有多量公司插足硅碳负极物业链；下游为行使企业，闭键为各大电池厂和车企。
正在物业链上游门槛最高的是纳米硅的造备。纳米硅粉的造备方式闭键有刻板球磨法、化学气相浸积法、等离子蒸发冷凝法3种。国内对纳米硅粉的临盆商酌起步较晚，大凡采用刻板球磨法、砂磨法，研磨硅粉流程中需利用溶剂、帮磨剂，易氧化、引入杂质，且颗粒为不正派样式，后管理繁琐，质料职能达不到预期。化学气相浸积法以硅烷为反响原料来造备纳米硅粉，闭键包罗等离子加加强学气相浸积法（PECVD）、激光诱导化学气相浸积法（LICVD）和流化床法（FBR）等。因为硅烷属于易燃易爆气体，倒霉于输运和贮存，于是衍生出了气相诱导合成法，改用四氯化硅（SiCl4）或三氯氢硅（SiHCl3）为反响原料，俗称“西门子法”。等离子蒸发冷凝法是近10年来用于筑造高纯、超细、球形、高附加值纳米硅粉体的最太平高效的方式。通过等离子热源将反响原料气化成气态原子、分子或局部电离成离子，通过迅疾冷凝成为固体粉末。该本领正在海表起步较早，代表企业有日本帝人、美国杜国、德国H.C.Stark、加拿大泰克纳等，临盆本领方面处于宇宙当先位子。
从物业链中游来看，自2022年往后，国表里负极质料临盆企业类似看好硅基负极质料的行使远景，纷纷加大参加，展开千吨级、万吨级硅基负极质料的临盆线项目筹划和造造。贝特瑞是我国最早量产硅碳负极的企业，拥有当先的本领气力和较大市集份额，其采用成熟的研磨法，拥有低本钱、易量产、品格巩固等上风。多年来通过不断迭代升级，已变成三代产物，正正在斥地更高容量的第四代硅碳负极产物。贝特瑞具有3000吨/年硅基负极质料产能，产物用于临盆动力电池与消费电池。
正在硅碳负极物业链中除上、中、下游表，相干配套物业的发达也是一个禁止纰漏的闭节，是确保硅碳负极走向物业化行使的闭头闭节。硅碳负极相干配套物业涉及粘结剂、导电剂、电解液增加剂、补锂质料和筑设等。
（1）粘结剂。石墨负极常用水系粘结剂，利用羧甲基纤维素（CMC）行为散漫剂和增稠剂、丁苯橡胶（SBR）或肖似高分子胶乳行为粘结剂。正在高容量硅碳负极中，CMC-SBR编造已不对用，而聚丙烯酸（PAA）、聚酰亚胺（PI）、丙烯腈（PAN）多元共聚物行为改性粘结剂显露出更好的轮回巩固性和电化学职能，希望成为新型硅碳负极用粘结剂。
（2）导电剂。惯例导电剂无法有用成家硅碳负极，多采用线性或面状导电剂，如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等。此中，工业行使最多的是单壁和多壁碳纳米管，能有用缓解硅质料正在充放电流程中的开裂。据高工锂电预测，2025年中国碳纳米管导电浆料出货量希望抵达32万吨/年，市集拥有率希望冲破60%。目前用于硅碳负极的碳纳米管临盆企业闭键包罗天奈科技、OCSiAl（俄罗斯）、三顺纳米（被卡博特收购）、德方纳米、集越纳米、道氏本领、无锡东恒、LG化学（韩国）等。
（3）电解液增加剂。硅碳负极表表的固体电解质钝化膜（SEI膜）不巩固，跟着硅颗粒正在充放电流程中的决裂一再变成，缩短了硅碳负极的轮回寿命，低浸了库伦效劳。目前通用做法是正在电解液中插足增加剂，用于巩固成膜、淘汰电池产气、淘汰溶胀、增补低温、高电压巩固性等。常用增加剂为氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、乙烯基代碳酸乙烯酯（VEC）、1,3-丙烷磺酸内酯（1,3-PS）、双（氟代磺酰）亚胺锂（LiFSI）和双乙二酸硼酸锂（LiBOB）等，但FEC和VC插足量过多会导致电池高温职能低浸、不行逆容量吃亏晋升等题目，日常来说增加量正在10%以内。
（4）补锂质料和筑设。硅碳负极的增进希望同步发动补锂剂需求的增进，补锂剂分为负极补锂剂和正极补锂剂。正在确保工艺太平且补锂量不大的情景下，大凡举行正极补锂；反之，若需大补锂量，则方向于负极补锂。
正在环球新能源汽车行业焕发发达的后台下，锂离子动力电池行为决断新能源汽车职能的中心部件，必将成为需求强壮、位子闭头的“昭质之星”。正在该范围举行超前本领结构，培植“单项冠军”本领计谋意旨宏大。
中国石化踊跃涉足新能源行业，正在锂离子电池正负极、电解液、隔阂等范围举行结构，慢慢促进试研、试产。正在硅碳负极范围，一方面已兴办了巩固的石墨原料临盆编造，所需针状焦正在茂名石化和金陵石化合计筑成25万吨/年产能，占国内针状焦总产能的11%；另一方面兴办了完好的硅碳负极研发平台及电池安装临盆线，针对硅碳负极的科常识题和中心工艺张开科技攻闭，目前已申请中国专利30余项，慢慢完好专利汇集，踊跃促进放大临盆。
提倡石化企业将锂离子动力电池硅碳负极行为研发要点，通过扭住硅碳负极“牛鼻子”发动锂离子动力电池闭头本领及职能目标获得冲破，加疾锂离子动力电池物业化行使历程，撬动新能源汽车宏壮异日市集，抢占环球动力电池计谋造胜点，晋升石化企业正在动力电池以至新能源汽车范围的话语权；可能对准异日市集趋向，前瞻结构，正在负极质料全物业链上中下游统统商讨，因地造宜把相干配套物业纳入侦察，通过原质料、本领、市集、血本上风，打出“组合拳”，正在“双碳”对象后台下，以硅碳负极为冲破口，踊跃入局锂离子电池行业，戮力成为“油气氢电服”归纳能源计划指导者。
