碳化硅半导体龙头企业跨界硅碳负极材料

　　氧化镓、金刚石、氮化铝

　　第二届第四代半导体技术研讨会

　　主办单位：浙江大学杭州国际科创中心、浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室

　　承办单位：杭州镓仁半导体有限公司

　　时间和地址：2026年3月18-19日 杭州

　　12月5日，国家知识产权局信息显示山东天岳先进科技股份有限公司公布了一项名为“一种充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料及其制备方法”的专利申请。公开号：CN 121076116 A；公开日期：2025.12.05

　　专利摘要：

　　本申请公开了一种充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料及其制备方法，属于储能材料领域。所述充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料以球形多孔碳为内核，外侧依次包覆无定形碳层和快离子体层，无定形碳层的厚度为1020nm，快离子体层的厚度为15nm；球形多孔碳内沉积有质量为（0 .10 .932）V的硅原子，单位为g，V为球形多孔碳孔容的数值；球形硅碳复合负极材料的平均粒径为510 μm，内部含闭孔，闭孔体积为(0 .50 .9)V，单位为ml/g。该球形硅碳复合负极材料结构稳定、导电性优异，能有效缓冲硅的体积膨胀，实现充放电低膨胀，提升循环寿命和首次库仑效率，适用于锂离子电池、钠离子电池及其它储能领域。

　　背景技术：

　　硅作为锂电池负极材料，理论比容量（4200 mAh/g）是商用石墨（372 mAh/g）的10倍以上，被认为是最具潜力的锂电池负极材料，但其嵌锂/脱锂过程中 300%以上的体积膨胀会引发三大问题：一是硅颗粒粉化，导致电极结构完整性破坏；二是粉化后的硅新鲜表面持续与电解质反应，造成界面失效；三是电极电子传导路径断裂，循环寿命大幅缩短。碳材料（如石墨、无定形碳）虽具有优异的导电性和结构稳定性，但低容量特性无法满足高能量密度电池需求。因此，硅碳复合成为平衡高容量与高稳定性的核心方向，但现有硅碳复合负极材料仍存在以下关键不足：

　　（1）粒径与形貌不均一，难以实现球形化与规模化生产；

　　（2）硅碳比例不合理，循环稳定性与能量密度难以兼顾；

　　（3）外层保护不足，SEI 膜不稳定；

　　（4）掺杂调控有限，导电性与界面稳定性有待提升。

　　（5）膨胀导致体积变化大，循环寿命差

　　因此，亟需开发一种形貌均一、硅碳比例合理、能兼顾循环稳定性与能量密度且体积低膨胀的硅碳复合负极材料。

　　发明内容：

　　为了解决上述问题，提供了一种充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料，解决现有硅碳复合负极材料存在的形貌不均、体积膨胀和循环寿命不足等问题。

　　本发明的有益效果如下：

　　（1）根据本申请的充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料，粒径小且范围可调，球形度高，颗粒尺寸一致性提高，能有效避免充放电过程中大颗粒过度膨胀、小颗粒提前粉化的不均一导致的失效问题。

　　（2）根据本申请的充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料，精确的硅原子沉积量的计算及闭孔结构的存在，可缓冲硅在充放电过程中的体积膨胀，使得硅碳负极实现充放电低膨胀。

　　（3）根据本申请的充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料，外层无定形碳层与快离子体层的包覆，能够提高颗粒表面稳定性，增强电子/离子传导，并改善电解液界面稳定性，以延长电池寿命。

　　（4）根据本申请的充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料，作为内核的球形多孔碳材料中含有导电元素或导电剂，提升了球形硅碳复合负极材料的导电性，拓展了材料的电化学性能调控空间。

　　山东天岳先进科技股份有限公司成立于 2010 年，是专业从事碳化硅半导体材料研发与生产的科技型企业，也是两市唯一实现 “A+H” 双上市的碳化硅衬底企业，2022 年 1 月 12 日登陆上交所科创板（股票代码 688234），2025 年 8 月 20 日在港交所挂牌上市（股票代码02631.HK）。公司主营碳化硅单晶衬底，产品广泛应用于 5G、AI、新能源、光伏储能、电网、轨道交通等领域。公司掌握碳化硅单晶生长与加工全流程核心工艺，曾获国家科技进步一等奖、国际 “半导体电子材料” 金奖，同时是国家知识产权示范企业、工信部专精特新重点 “小巨人” 企业、国家制造业单项冠军示范企业及独角兽企业。

　　国家知识产权局