中国粉体网讯  硅负极因其极高的理论比容量（4200mAh/g，远超石墨负极的372mAh/g）和丰富的自然储量，被视为下一代锂离子电池最具前景的负极材料。然而，硅在充放电过程中存在严重的体积效应（膨胀率高达300%），导致电极结构破裂、固态电解质界面（SEI）膜持续生长，最终引发循环容量迅速衰减，极大地限制了其商业化应用。

针对这一关键科学问题，近年来研究者从纳米化、掺杂改性、复合材料及构建缓冲层和表面修饰等角度出发，提出了多种改性策略，旨在提升硅负极的界面和结构稳定性，推动其在高能量密度电池中的实际应用。

纳米化

硅材料的尺寸对锂离子电池性能有一定程度的影响，目前常见的有纳米硅颗粒、硅纳米线、硅纳米管等。纳米级别的硅材料可以将体积膨胀带来的内部应力降低，同时它具有高的比表面积可以提供更广的电解质与电极的接触面积，缩短锂离子的传输距离。

掺杂改性

硅材料是一种半导体材料，其电导率较低对其应用起到了一定的阻碍作用，因此，掺杂元素是提高材料电导率的一种有效方法。目前研究人员采用较多的是硼、氮和磷等元素掺杂。对硅材料进行硼掺杂，可以在硅材料上形成p型半导体；而对硅材料进行氮和磷掺杂，形成的则是n型半导体。无论是哪种类型，都在一定程度上改善了硅材料的电导率。

复合材料及构建缓冲层

目前最常见的硅基复合材料是硅材料与碳材料形成的硅碳复合材料。在硅基材料表面包覆一层碳层，碳层可以提高复合材料的电导率；可缓解硅在电化学反应中由于膨胀而产生的应力；能在电化学反应的时候隔绝硅材料直接与电解液的接触。碳包覆层一般都是无定形碳，分为软碳和硬碳。软碳碳源一般为沥青，而硬碳主要是树脂和葡萄糖等有机物碳源。同时，在构建碳包覆层的时候还可以对这种核壳结构进行改进，构成一种中空的结构层，在硅与碳层中间有一个空隙，用以缓解硅在电化学反应过程中的膨胀带来的体积变化。此外，复合材料常见的还有硅/石墨，这也是工业上硅基复合材料比较成熟的工艺之一。

表面修饰

在硅材料表面进行改性也是目前对硅基材料研究的一个方向，研究人员对硅表面进行改性处理，形成一些官能团如羟基（-OH）、氨基（-NH₂）、羧基（-COOH）和一些烷基及环氧基团等，这些基团可以与粘结剂之间直接成键或者形成氢键，使得材料可以更好的抵抗体积膨胀。除了上述官能团及碳包覆的方法之外，还可以采用一些有机物对硅颗粒进行改性，同样起到隔绝硅材料直接与电解液的接触，同时还可在电化学反应过程中有利于SEI膜的形成并且使得形成的SEI膜稳定。

针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于2025年6月24-25日在安徽·合肥举办第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛暨2025CVD硅碳负极材料前沿技术论坛。大会旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，来自苏州大学的王艳副教授将作题为《高性能硅基负极关键材料及其在锂离子电池中的应用》的报告。

本次报告将聚焦导致硅负极循环容量迅速衰减的“体积效应”这一关键科学问题，探讨从表面修饰、粘结剂设计、体相掺杂三个维度出发，对硅负极进行改性的研究策略。通过针对性改性措施，旨在缓解硅负极在充放电过程中的体积变化，提升其界面和结构稳定性，进而改善硅基锂离子电池的循环性能，为其商业化应用提供理论支持与技术参考。

专家简介：

王艳，副教授，硕士研究生导师。2018年6月博士毕业于苏州大学能源学院，导师郑洪河教授。同年8月入选苏州大学优秀青年学者人才计划留校工作。主要从事锂离子电池关键材料与技术研究，包括高性能硅基负极关键材料研究与应用、有机/石墨复合负极的设计与优化、功能分子的电荷存储与转移机制研究。以一作/通讯在高水平期刊发表SCI论文46篇，其中一区36篇，IF>10的论文28篇，H-Index 31。获授权中国发明专利11项。主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、江苏省优青项目和青年项目共计4项。

参考来源：

钟波《硅基负极材料的表面改性及其在锂离子电池中的应用》

ICM工业化学与材料《东华大学杨建平教授团队：锂离子电池硅基负极材料研究进展与挑战》

（中国粉体网编辑整理/乔木）

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