车企增加纯电动车续航的办法之一是改进电池材料，让同样体积、重量的电池能携带更多的能量，硅负极以4200mAh/g的理论能量密度被认为是提升电池性能最有效且可行性最强的材料。据不完全统计，2022年全球硅基负极材料市场销售额达4.33亿美元，中国地区是最大的消费市场，2022年我国硅基负极材料市场规模达1.34亿美元。

作为新型电池负极材料，硅碳负极因其独特的优势和潜力吸引越来越多车企的目光。12月中旬，蔚来电动车完成1000公里续航挑战，为电车摆脱续航焦虑注入“强心剂”。该测试车搭载的是蔚来发布的150kWh电池包，其中有三大技术看点：半固态电解质、硅碳负极和高镍正极。

不仅如此，国内负极生产商正持续扩大对硅碳负极的投资，贝特瑞、杉杉股份、璞泰来、天目先导、正拓能源等企业均可实现量产。其中，贝特瑞硅碳负极供应松下动力电池，并进入特斯拉产业链。宁德时代、比亚迪、国轩高科、力神、比克等电池企业都在积极布局硅碳负极材料。埃安、特斯拉、蔚来、智己、奔驰等众多车企旗下车型开始启动搭载硅碳负极动力电池。

硅碳负极材料应用市场的火热，根本原因有两个，一是下游对高容量电池的迫切需求，二是上游硅碳负极技术的攻破。下游市场急需高倍率、大容量、高安全的动力电池以解决日益增长的里程焦虑问题。然而，当前石墨负极正在接近其理论能量密度极限，很难再有新的突破。硅基负极具备高理论比容量、低成本、环境友好等优势，相比石墨负极，拥有更优异的快充性能和更好的安全性能，成为下一代电池材料的最优选项。

多孔硅碳关键应用与研究进展>>>

硅碳负极是硅基负极的一个主要分支，具有稳定性好、体积变化小和导电性优异等优点。然而，硅碳负极也存在严重的体积膨胀效应、循环寿命差等不足。

多孔碳材料具有高比表面积、良好的导电性以及良好的机械稳定性，是改善硅碳负极缺陷的理想材料。在技术方面，新一代CVD法硅碳负极技术路线的突破性进展，使得硅碳负极材料的性能实现了“质的飞跃”。

『CVD法硅碳负极制备方法：核心是通过多孔碳骨架储硅。首先采用高分子材料制造出具有多孔结构的碳颗粒，后向多孔碳颗粒的孔隙中输送硅烷气体，经高温热解使气体沉淀成硅纳米颗粒。』

（1）增加硅碳负极容量：硅颗粒经过多孔处理后能增加比表面积，增强了电子和离子的传递速率，增强材料的导电性，也能容纳硅在循环过程中的有效膨胀，避免硅颗粒因体积膨胀时相互挤压而破碎。

（2）改善电池循环稳定性：受益于多孔碳结构优势，其电极在循环过程中具有非常稳定的结构。另外，在化学气相沉积法（CVD）在制备过程中，因其优化工艺对材料进行结构设计，通常首次充放电效率高，循环稳定性好。

CVD法硅碳负极与常规硅碳性能对比

图源：粉体圈

（3）优化硅碳复合材料：多孔碳与硅粒子形成复合结构，能优化材料性能。这种复合结构不仅增加了硅的利用率，还可提升电池的整体性能。

在此技术推动下，下游电池供应商与车企对多孔硅碳材料产生极大兴趣，硅基负极加速在动力电池领域的渗透，甚至有望超越现有主流硅氧及传统硅碳路线。据GGII不完全统计，2023年以来，布局多孔硅碳企业超40家，多孔硅碳理论月产能为750公斤/月，剔除不良率后产能约500公斤/月。部分厂家实现月产能破“吨”级，下游电池厂商每月采购量也有数百公斤级。

多孔硅碳产业化难点>>>

现今业内提到的气相沉积硅碳负极通常是指来源于美国公司Group14的技术路线，2021年4月该公司宣布其硅碳复合负极材料产品开始商业化生产。但时至今日，该公司仍未能实现大规模的百吨级量产。可见，多孔硅碳技术还有众多难点亟待解决，主要在于气相沉积工艺、设备，多孔碳的选型制备。

（1）气相沉积工艺与沉积设备

气相沉积不均匀、包覆不完善会导致回转窑设备的性能变差，回转窑的硅烷利用率降低，进而影响其量产的硅碳产品成本增加，而流化床虽然不必担心沉积不均匀、硅烷利用率低的问题，却对设备的密闭性、气压有较高的要求，才能满足小颗粒气态包覆，面临难以实现量产放大的困难。如何开发出沉积效果佳，硅烷利用率高，又可进行大规模、连续化生产的沉积设备，是沉积设备方面面临的产业化难点之一。除此之外，实现沉积量产工艺一致性的要求过多，如百公斤混料、炉腔温度分区、腔体分压、停留时间等。

（2）多孔碳的选型制备

碳骨架的好坏直接决定产品的量产能力。不同的多孔碳需要与不同的石墨相匹配，才能在电芯端展现出良好的性能。其次，在不同场景下，碳骨架的孔径、孔容、孔隙率要求不一，性能差异极大，需要较为专业的研发人员配合完成开发。另外，产品的测试方案相当重要，关乎产品研发的准确度和效率。

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