最近一则新闻：2016年5月22日：安普瑞斯(Amprius)公司是高能量密度电极材料和电池的开拓者。安普瑞斯在2012年设计和演示了用于锂离子电池的高容量硅纳米线负极以及制造技术。现在，安普瑞斯完成了硅纳米线负极生产线的制备并投入中试生产。这是世界上第一条，也是唯一的一条双面连贯印刷式，高精度，3维纳米线生产线。这条生产线的建成初步实现了高容量硅纳米线负极的规模生产。安普瑞斯的硅纳米线负极是目前业界最理想和具有最高容量的锂离子电池负极。硅纳米线负极的生产采用了革命性的多层次，高速化学蒸镀法。安普瑞斯纳米线电极的生产技术也简化了生产工艺，除去了传统电极生产中的匀浆，涂布，烘烤，碾压工序。目前，安普瑞斯含硅纳米线负极的电池可以达到800-1000Wh/L和320-400Wh/Kg (取决于电池的容量和体积）。公司的硅纳米线负极电池已经在无人机，穿戴设备，电动汽车和军用装备上试用和使用。 （新闻来源：中国网）

新闻说了那么多无非就是告诉大家，安普瑞斯是做硅负极材料的和电池的，而且我们很牛逼地建立了大规模生产线，能量密度达到了320-400wh/kg，颤抖吧!

安普瑞斯是做什么的在这我就不做介绍了，知道的自然知道，不知道的那就问问百毒和Google是咋回事（老板崔屹大神，Google 施密特老板应该也是投资人之一）。

俗话说，这样的新闻看看就得，还是要言归正传，

今天就简单扯扯总在传说中的硅负极材料，做一个相关的梳理，共同学习和探讨。

背景

根据中国汽车动力电池发展路线的规划要求，至2015年动力电池模块的能量密度达到150Wh/kg（单体在170~190Wh/kg）至2020年动力电池模块的能量密度达到250Wh/kg（单体在300Wh/kg以上）以现有的材料体系已经无法满足未来发展的需求了，所以必须要发展高能量密度的电极材料。从改善负极的角度来看发展硅基材料体系是个不错的方向。目前应用相对成熟的Si负极材料是碳包覆SiO，纳米Si C复合材料，和Si合金。

为什么是Si呢？

由4Si+15Li++15e- ↔ Li15Si4 硅负极的理论容量为3590mAh/g @RT（高温下Li22Si5 容量4200mAh/g）而石墨负极：6C+Li++e- ↔ LiC6石墨负极的理论容量为372mAh/g，对于容量的提升令人“一颗赛艇”

Si 真的这么完美？

图样图森破!Si负极一个最最突出的问题就是充放电后晶格体积膨胀达到了同样惊人的360%，而石墨负极膨胀最大为10%左右。大的膨胀导致的结果就是：

1. 颗粒粉化，循环性能差

2. 活性物质与导电剂粘结剂接触差

3. 表面SEI重复生长，消耗电解液和Li源，循环变差

如何解决？

减小体积膨胀（纳米化，合金化，多孔化）

目前应用相对成熟的是将纳米化、惰性缓冲以及表面包覆技术相结合。

硅碳复合负极材料采用就是核壳结构，通过以球形人造或者天然石墨为基底，在石墨表面钉扎一层Si纳米颗粒，再在其外表包覆一层无定形碳或石墨烯。

碳包覆机理在于：

Si的体积膨胀由石墨和无定形包覆层共同承担，避免负极材料在嵌脱锂过程因巨大的体积变化和应力而粉化。

碳包覆的作用是：

1. 约束和缓冲活性中心的体积膨胀

2. 阻止纳米活性粒子的团聚

3. 阻止电解液向中心渗透，保持稳定的界面和SEI

保持电极结构的完整（开发合适的粘结剂）

目前主要使用的是CMC，PI(聚酰亚胺)，PAA(聚丙烯酸),PVA（聚乙烯醇）,Alg（海藻酸钠）体系的粘结剂，相对于PVDF粘结剂以上这些主要是具有羧基基团(-COOH)能与Si材料表面羟基（-OH）发生缩合反应。安普瑞斯所用的新型粘结剂体系未知,知道的朋友可以透漏下

建立稳定的固液界面（开发合适的电解液）

1. VC 添加剂对形成厚的SEI 层良好的协同效应。

2. 添加丁二酸酐(SA) 或 FEC及硅氧烷也可提高循环性能。

3. 使用流体电解液LiTFSI或固态电解质对界面的改善。

总的来讲目前SiC负极的应用还没有普及，部分电池企业所用的SiC负极是与人造或者天然石墨混合，比例一般在5%-10%（Tesla所用的松下电池添加10%），容量能做到450-500mAh/g，但也仅限于用在对循环寿命要求不高的3C数码类电池中，据说上海某公司有可能大批量使用在大容量动力18650项目中，我们拭目以待。

另外在供货上目前国内一些负极材料供应商如BTR等几家大的已经可以小批量供货，未来开发方向是600-1000Ah/g的批量，还有很长的一段路要走!

来源：听风扯淡