科创中国

具有高理论容量的硅碳负极是下一代高比能锂离子电池的关键材料。低成本制备纳米硅并实现硅与碳基体的高效复合是克服其性能缺陷的关键。项目针对现有纳米硅原料制备过程复杂、成本居高不下的问题，基于材料冶金基本原理与方法，通过筛选具有特殊结构的天然硅矿石，发明了选择性浸出技术与金属低温熔盐还原联合工艺，低成本制备出纳米多孔硅材料。项目针对纳米硅的本征电导率低、首次库伦效率低等问题，提出在制备硅前驱体的配料工序预嵌特定金属或非金属元素，调控产物成分和晶体结构特征，实现了纳米硅的精确控氧和局域非晶化，大幅提升了纳米硅的综合电化学性能。

1.针对高容量硅负极由于体积效应引发的循环寿命缺陷，结合纳米分散技术与界面调控技术，通过预设硅在嵌锂过程中体积膨胀所需要的物理空间，有效缓解硅体积膨胀带来的应力破坏问题，获得了具有预留空间稳定结构的硅碳复合材料。2.针对硅碳复合负极中纳米硅极易团聚且与碳组分间界面不稳定问题，结合固相纳米分散技术与二次融合造粒技术，通过原位复合与催化局域石墨化联用方法，开发出具有梯度结构的高界面稳定性硅/碳/石墨负极产品材料。

当前，国家正在大力推进新能源汽车的应用，续航里程短是新能源汽车快速发展亟需解决的重大关键瓶颈问题，采用具有高比容量硅碳负极材料是这一问题的有效解决方法、也能最快实现产业化生产。预计到2025年，全球硅碳负极材料需求量将达到31万吨，市场规模将达到千亿级别。然而，已公开报道的硅碳负极材料制造工艺复杂、成本高昂、生产规模小，亟需开发新的产业化生产方法。

本项目由湖南宸宇富基新能源科技有限公司与中南大学联合攻关，开发了硅碳负极材料低成本产业化生产技术。采用自有独创技术所生产纳米硅及硅碳负极材料性能优异、成本低廉，突破了现有负极材料的瓶颈，在全球硅碳负极材料市场需求逐年增长的背景下，项目技术及相关产品具有极其广阔的发展前景，可带来巨大的经济与社会效益，加速我国新能源汽车产业的整体发展和技术水平的提高。项目开展以来，共承担完成国家级、省部级重点项目8项，培养科技创新人才3人，博士研究生12人，硕士研究生28人，负极制造工程技术人员50余人，人才培养成果显著。

项目建设符合国家重大需求，充分发挥企业在高端负极制备技术方面的优势，高标准建设的年产锂离子电池硅碳负极材料7kt项目工程，拟新增就业岗位500个左右，实现利税5亿元/年以上，聚集行业高端人才，形成新能源电池负极材料产业基地，对实现企业转型升级和区域经济跨越式发展都具有重要意义。

项目采用材料冶金技术制备纳米硅，实现了纳米硅的氧含量及结晶度精确调控，在解决硅碳负极材料的结构稳定性差与复合界面调控难等问题方面有重要技术突破，为低成本规模化生产高性能纳米硅及硅碳负极材料奠定了基础。希望通过技术服务的方式转化落地。