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《从专利角度分析全球锂电子电池硅基负极材料技术发展》
课程主讲嘉宾
葛红莉 博士
高级检索分析师，中科院博士，纳米材料、功能材料领域专家，具有12年专利行业的从业经验。
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正文
如今，硅基负极已成为电池企业和锂电商改善负极的最优先选择。
由于硅基负极具有不可替代的高容量优势，随着市场发展趋势，硅基负极成为超越石墨负极容量极限的最具潜力的锂离子电池负极材料，势必将迎来较为广阔的市场。
图片来源网络，侵删
在硅基负极领域中，日韩企业暂时处于领先地位，其各大厂商都有在做该领域的商业化，正上演一场硅基负极的竞逐大战。
松下目前已经实现硅碳负极的量产；日本汤浅公司也推出了硅碳负极的锂电池，应用在三菱汽车上；日立旗下的Maxell开发出了高电流容量的硅负极锂电池；特斯拉也已经将硅碳负极应用于车用动力电池之中。
图片来源网络，侵删
目前硅基负极的应用主要有三种类型：氧化硅、硅碳复合材料以及硅合金，其中商业化应用最为成熟的是氧化硅。相比于Si材料而言，SiO具有更好的循环性能，许多厂商也围绕氧化硅做了大量专利布局。
其中，作为锂电硅基负极的实力派，也是最早量产商业化负极的公司——日本信越化学，在氧化硅的开发上当然不甘示弱。
那么信越化学在SiO负极领域的专利申请量如何？SiO的制备工艺又是怎样的？
01
信越在SiO负极领域的专利申请
信越化学关于硅基负极领域在全球一共申请了约210项专利，其中包括SiO负极187项。
而涉及到硅合金和硅碳负极的相关专利非常少，说明信越化学在硅负极方面的技术研发是非常集中的，将大量精力都投入到了SiO负极的研发中。
信越化学在SiO负极领域的专利申请最早开始于2000年，到2007年开始加大了专利申请的力度，随后专利申请数量呈稳定增长，2014年达到申请高峰。
在2007年之前，信越化学在专利布局上更注重组成、制备工艺和设备，是它在SiO负极领域的初步探索，并且也标志着SiO的制备工艺和设备的技术路线基本确定。
02
SiO制备工艺的技术路线
1、2000年
在2000年的时候，信越申请了利用CVD法制备SiO的制备工艺的专利，同时公开了SiO制备设备。这两件专利公开的技术就是信越SiO制备技术的雏形。
2、2001年
2001年的时候，信越申请了另外一件专利，来解决SiO连续生产的问题。
这件专利所采取的工艺步骤和参数和前面的专利基本一致，设备也相差不大，只是在设备下部增加了一个粉末回收装置，采用刮板形式的SiO粉末回收机制，来实现SiO的连续回收与生产。
该专利在多个国家进行了申请并获得授权，可以说是信越在SiO制备工艺方面的一件基础专利。从这件专利开始，也标志着信越开始投入SiO生产。
3、2007年
随后在2007年以后，信越针对CVD制备工艺进行了多种工艺参数的控制和研究。包括温度、蒸气密度、原料粒径、摩尔比等，还提出了用还原气体还原SiO气体的方法。
4、2013年
从2013年开始，信越进一步对SiO的制备设备进行改型，从而进一步提高连续生产的生产效率并且降低成本。
2013年的这件专利，采用了两个或多个沉积室的方式，将SiO蒸气交替输送到多个沉积室中的一个，从而提高SiO的生产效率。
5、2014年
2014年信越则采取了另外一种方式。
这件专利中，在回收室和沉积室、沉积室和制备室之间，分别通过侧闸阀连接，或更换沉积基板的方式实现连续生产。另外，2014年的第二件专利设置了可以旋转的皮带状基板来实现连续生产。
6、2016年
随后，2016年的这件专利主要解决设备耐高温的问题。
它将与一SiO气体接触的部分以石墨为基材，表面以热解氮化硼来进行覆盖，从而提高设备的高温耐久性。
通过对信越的SiO制备工艺进行分析，我们发现，信越的专利基本是围绕解决SiO制备的连续生产，提高效率，降低成本的问题，为量产SiO进行持续探索。
END
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