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碳一颠覆性突破！全球唯一集成人造SEI硅系负极规模化生产

2023-12-12

今年8月底，由碳一新能源集团有限责任公司(以下简称“碳一”)打造的全球首个集成人造SEI膜负极制造项目顺利投产，开启了负极材料发展的新未来。经过数月的验证，碳一提供的集成人造SEI膜的碳系、硅系负极产品已获得国内外头部客户的认可，表明集成人造SEI膜的新型硅碳负极在新能源电池领域具备较高应用价值，未来前景可期。

碳一是以锂离子电池新型负极材料为核心业务，持续致力于解决“卡脖子”技术，尤其是在硅系负极材料研究领域，碳一利用碳基体为框架结构，结合气相沉积技术，集成人造SEI膜技术，形成具有良好导电性能及网状纳米-亚纳米尺寸的硅颗粒，制备得到的硅碳负极具有高容量、低膨胀、产气少、长循环、高倍率和高首效等优势，实现了硅碳负极在电池应用中瓶颈(循环寿命、膨胀大、成本高)问题解决全方位突破，目前已获得电芯企业的广泛认可，代表Si系负极未来方向。

一、碳一是国内硅系材料业内研究最早，历史悠久且率先实现规模化生产的领头羊

碳一与浙江大学硅材料国家重点实验室强强联合，通过自主研发的生产设备结合新型气相沉积工艺，在保证沉积均匀性的基础上，建成了目前业内唯一能够规模化生产的产线。目前，该产线已正常投产。

碳一能够率先取得产业化突破，其中一个原因是公司的基础技术、基础研究源于历史悠久的浙江大学硅材料国家重点实验室，该实验是1985年由原国家计委批准建设硅材料国家重点实验室，是国内最早建立的国家重点实验室之一，历史悠久，底蕴深厚。实验室从上世纪50年代开始研究硅材料，至今已有70年的历史，是国内重要的硅材料研究基地。目前实验室学术带头人杨德仁院士是国际知名的硅材料及新能源领域专家。

此外，浙江大学硅材料国家重点实验室还是国内最早能够制备甲硅烷气体，也是最早以甲硅烷气体为原料制备高纯硅料的科研单位，目前已超过60年历史。同时浙大硅材料实验室也是在国内较早地利用甲硅烷来制备纳米硅和硅负极材料的科研单位。

二、碳一突破人造SEI膜技术，全球唯一集成人造SEI硅系负极规模化生产

人造SEI膜的概念是2009年由以色列科学家Emanuel Peled首次提出，并最终由碳一率先突破人造SEI技术。该项人造SEI膜技术是碳一首创且兼具“独特性、颠覆性、唯一性”，该技术应用于Si系负极，可有效抑制循环膨胀，延长循环寿命，减少内阻。同时，该技术实现了导电网络(碳纳米管)集成化，使用硅系材料在制作电池时无需额外加入碳纳米管变成现实，大大简化制程工艺，解决了碳纳米管难分散的痛点，大幅提升生产效率并降低负极使用成本。

集成人造SEI膜 SiOx

集成人造SEI膜 SiC

硅系材料在嵌锂时会发生明显体积膨胀，为了保证硅材料和石墨以及集流体之间的电接触，使用硅系负机材料时要加入单壁碳纳米管以保证导电性。然而单壁碳管价格高而且难以分散，会增加电池的制作工艺难度。碳一“集成人造SEI膜技术”将单壁碳纳米管紧密结合在硅材料表面，通过与国内头部电芯客户的合作开发，实现了硅负极浆料中无须额外添加单壁碳管。该技术极大地降低硅负极的使用门槛，大幅降低硅系负极材料使用成本。