硅基負極材料表面修飾技術突破與產業化路徑探析——訪蘇州大學王艷副教授

近年來，高性能負極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點之一，硅基負極材料更是因其理論比容量遠超石墨負極，成為行業突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國粉體網主辦的第二屆硅基負極材料技術與產業高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇在安徽合肥舉辦。

在此期間，中國粉體網采訪到了蘇州大學王艷副教授，就硅基負極材料產業化等一系列問題進行了探討交流。

中國粉體網：王教授，首先請簡單介紹您團隊在硅基負極材料上的主要研究方向和最新成果。

王教授：我們針對硅負極，從多個方面進行了改性研究，包括表面修飾技術、功能粘結劑設計、和體相修飾等。其中做的最多的就是表面修飾，這種技術也是實現硅基負極應用的一種非常重要的技術之一。我們先后研究了十幾種表面修飾材料，包括有機的、無機的、有機/無機復合的，其中有機的又涵蓋了小分子、聚合物等。我們的研究也已經證實，通過表面修飾技術，可以顯著提升硅負極的首效、循環和倍率性能。值得一提的是，我們目前開發了一種新型表面修飾技術，這項研究突破了純硅全電池需要預鋰化的技術瓶頸，在沒有經過任何預鋰化的全電池系統內，使用修飾后的硅負極的循環穩定性要顯著優于對比樣。

中國粉體網：您提到通過表面修飾改善硅負極性能，CVD碳包覆是目前主流方法，但存在成本高、工藝復雜的問題。您團隊的表面修飾技術如何兼顧性能和量產可行性？

王教授：CVD碳包覆的高成本確實是限制其發展應用的一個主要因素。我們的表面修飾技術，從半電池和全電池的性能評估來看，已證明了其有效性。此外，我們選用的表面修飾材料普遍具有價格低廉、來源廣泛的優勢，而且制備過程簡單易行，不涉及復雜工藝步驟，具有量產可行性。因此，我們的表面修飾技術有效兼顧了性能和量產可行性。

中國粉體網：傳統PVDF粘結劑無法適應硅的大幅膨脹，您的新型粘結劑如何同時解決高粘結強度和電解液相容性問題？

王教授：首先，傳統PVDF粘結劑確實不適用于硅。但是，我們通過表面修飾技術可以解決這個問題。而且這個工作也已經發表了。其次，我們也使用不同技術開發了多種粘結劑，包括接枝技術、交聯技術、自修復技術，以及共混技術等。為了同時解決粘結劑的高粘結強度和電解液相容性問題，在設計粘結劑的時候，需要考慮以下兩個方面：一方面，我們通過在粘結劑分子中引入羧基、羥基等極性基團，通過氫鍵、靜電相互作用或配位鍵與硅表面形成強粘結。同時，采用可逆共價鍵或超分子相互作用構建動態交聯網絡，以有效緩解硅的體積膨脹。另一方面，我們在設計粘結劑的時候，通過調控分子類型、控制交聯結構、優化粘結劑組分占比等手段，減少電解液對粘結劑的滲透和溶解。而且會通過在電解液中的溶脹實驗來進一步優化。

中國粉體網：最后，您認為改性硅負極會率先在消費電子還是動力電池領域突破？

王教授：我個人認為，從短期看，改性硅負極會率先在消費電子領域實現突破。從中長期看，改性硅負極會在動力電池領域加速滲透。對于消費電子，對電池體積敏感，對充電速度需求高，但可接受更高的單位成本。改性硅負極的高能量密度優勢和快充特性符合消費電子的迭代需求。而且消費電子電池的驗證周期遠短于動力電池，企業可通過快速迭代優化材料性能，搶占市場先機。對于動力電池，首先對于安全性與壽命要求嚴苛。雖然現在有不同的改性技術來抑制硅負極的體積膨脹，但規模化應用仍需時間驗證。其次，動力電池成本較高，車企需在性能提升與成本控制之間實現平衡，這也在一定程度上延緩了改性硅負極技術的滲透速度。最后，改性硅負極在動力電池領域的產業化，需車企、電池廠、材料供應商多方合作，周期會更長一些。所以，我認為改性硅負極會率先應用于消費電子，但在動力電池方面會加速突破。

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