據我國《節能與新能源汽車技術路線圖》的規劃，到2020年，我國純電動汽車動力電池單體能量密度目標350Wh/kg。業內人士認為，按照目前動力電池的材料體系，實現這一“小目標”希望甚微。目前情況下，要實現這一目標的唯一途徑是發展高能量密度電極材料。

硅基材料由于其高電化學容量，被認為是一種非常有發展前途的鋰離子電池負極材料。但是，硅負極材料在充放電過程中體積變化大，導致電池材料容量損失，循環性能差。這些因素一度成為阻礙其商業化的主要原因。

硅基負極材料最新研發應用成果

自索尼推出商用鋰離子電池以來，石墨負極即牢牢占據著鋰離子電池負極材料的統治地位。石墨類材料經過多年的發展，從人造石墨，天然石墨，再到中間相石墨，已經接近石墨材料理論比容量372mAh/g。這嚴重制約了鋰離子電池能量密度的提高。多年來，電池業界試圖開發出能夠替代石墨的負極材料，硅基材料的出現給業界帶來了希望。

據悉，硅基負極材料的比容量可達到4200mAh/g，高出石墨負極10倍有余，這讓硅基負極材料很快受到電池業界的追捧。但是，硅基負極材料也有一個與生俱來的巨大缺陷，那就是體積膨脹問題。在鋰電池充放電過程中，當鋰材料嵌入到硅晶胞內時，硅基負極材料的晶格體積膨脹達到驚人的360%(石墨負極膨脹最大為10%左右)。體積膨脹導致硅基材料顆粒粉化，造成電池材料容量損失，循環性能差。

如何克服硅基材料的缺陷,減小體積膨脹，從而獲得較好的容量保持率和循環性能成為電池材料業界研發的重點方向。目前，業界主要的研究方向為硅基材料的納米化和復合化。納米化主要研究方向包括硅納米顆粒、硅納米線/管、硅薄膜、3D多孔結構硅等；復合化主要研究方向包括硅/金屬型復合、硅/碳型復合以及三元型復合(如硅/無定形碳/石墨三元復合)。

據了解，特斯拉發布的Model3所采用的動力電池新負極材料，即為硅/碳型復合材料。通過在人造石墨中加入10%的硅基材料，特斯拉讓電池容量達到了550mAh/g以上，電池能量密度達300wh/kg。

近期，氧化亞硅作為新的硅基材料也進入了人們的視野。據悉，氧化亞硅是一種不穩定的硅氧化物，在空氣中加熱時會形成白色的二氧化硅粉末。氧化亞硅的容量雖然沒有純硅負極容量高，但Si-O鍵的強度是Si-Si鍵強度的2倍，且反應過程中形成的Li2O化合物對體積膨脹具有緩沖作用，因此其循環性能遠比硅優越，因此吸引了眾多業界的關注。

需要指出的是，目前業界研發應用的硅基材料，如氧化亞硅和納米硅，一般都進行了碳包覆。硅基材料的體積膨脹由碳包覆層共同承擔后，可以有效避免在嵌脫鋰過程中因巨大的體積變化而導致的粉化。

此外，眾所周知，傳統石墨材料價格優勢很明顯。硅基材料產業化后的成本是否能夠與其抗衡，值得關注。

業內人士認為，雖然硅基材料成本比石墨負極高2-5倍，但在性能上尤其是能量密度上，硅基材料亦可提升2-5倍。加上其成本在電池中相比其他材料而言的占比并不高，電池企業完全可以消化替換傳統石墨材料的成本壓力。

企業紛紛布局硅基負極材料

目前，硅基材料已成為電池企業和鋰電材料商改善負極的最優先選擇。業內人士表示，現在各負極材料企業都在上演一場硅基負極材料的競逐大戰。

2016年11月，國軒高科公告，擬募資不超過36億元用于動力電池相關項目建設，其中包括5000噸硅基負極材料項目。在硅基負極材料項目可行性報告中，國軒高科稱已掌握硅基負極材料表面改性及材料預鋰化等關鍵技術，可以有效緩沖硅材料體積膨脹對結構穩定性的影響。國軒高科內部人士透露，預計這款材料產業化將在2018年實現。

除了國軒高科，國內包括斯諾、星城石墨、湖州創亞等企業都在積極推進硅基負極的產業化。湖州創亞相關負責人表示，湖州創亞硅基負極材料2017年上半年將進入中試量產。

如果說國軒高科等企業的硅基負極材料還處在初級預產或試產階段的話，那么，貝特瑞、上海杉杉等國內一線負極材料生產商的硅基負極材料已經進入了商業量產階段。

2016年8月，中國寶安在互動平臺上表示，公司下屬公司貝特瑞生產的硅基負極材料已有國外客戶批量使用，未來訂單將有較大增長。

近期，上海杉杉投資部部長堯桂明介紹，納米硅和氧化亞硅是公司比較成熟的硅基負極材料，并已實現量產。目前氧化亞硅出貨量可達2噸/月，納米硅有幾百公斤/月，已送樣至三星、LG、松下等國際電池企業。據悉，杉杉股份在硅、石墨烯材料領域累計發布了10項專利聲明。

在國外，據媒體公開資料顯示，日本GS湯淺公司已推出采用硅基負極材料的鋰電池，并成功應用在了三菱汽車上；日立麥克賽爾則宣布已開發出可實現高電流容量硅負極鋰電池；此外，日本三井金屬也雄心勃勃地要將硅負極鋰電池推向消費電子和電動汽車兩大領域。

值得注意的是，目前，據相關測評機構評估的硅基負極材料中，韓國和日本的相關技術明顯強于我國，其硅氧負極材料已經達到1500mAh/g，且較為穩定，而我國目前僅為500mAh/g。國內企業在硅基負極材料領域的技術儲備和開發與國外仍存在一定差距。

業內人士表示，未來2-3年，國內硅基負極材料會實現較大規模的導入，國家相關政策也會推進硅基負極材料的產業化。