シリコンカーボン陽極もう一つの主要な主流技術ルートであるが、その生産プロセスには、 シリコン酸素陽極主な違いは、ナノシリコン粉末の製造方法と、炭素系材料との複合方法にあります。製造プロセスの違いにより、シリコンカーボン陽極は主に2つの技術ルートに分けられます。サンドミル法と 化学薬品 蒸着（CVD）。これらのうち、CVDは将来の開発において最も有望な方向性と考えられています。
ナノシリコン粉末の製造
ナノシリコン粉末の製造は、シリコンカーボン陽極の製造における重要なステップです。現在、工業生産には主に3つの方法があります。機械式法と ボールミル、化学気相成長法（CVD）、プラズマ蒸発凝縮法（PVD）などが挙げられる。機械式ボールミル法は簡便で費用対効果が高いが、生産効率が比較的低く、不純物が混入しやすいため、大規模な工業生産には適さない。化学気相成長法（CVD）は、シラン（SiH₄）を反応物質として用い、熱CVD分解により高純度のナノシリコン粉末を生成する。 粒子サイズ 20～100 nmの間で制御可能。
サンドミルによるシリコンカーボン陽極の作製
シリコンカーボンアノードの製造におけるサンドミル法は、比較的伝統的な方法です。このプロセスは、バルクシリコン（通常はトリクロロシランプロセスから得られる）をサンドミルでナノシリコン粉末に粉砕し、その後グラファイト材料と混合します。サンドミルプロセスでは、シリコン粉末を適量の溶媒と混合してスラリーを形成し、これをダイヤフラムポンプでサンドミルに送り込みます。
ローター構造と粉砕媒体の高速回転により、粒子の微細化と分散が達成されます。粉砕媒体は通常、3mmと5mmのジルコニアボールで構成され、質量比は1:1、材料と媒体の重量比は3:1です。粉砕時間は1～3時間です。粉砕後、ろ過、遠心分離、またはその他の方法で媒体と材料を分離し、ナノシリコンスラリーを得ます。この方法の欠点は、粒子の制御が難しいことです。 粒子サイズ不純物が混入しやすく、粒子が凝集する傾向があります。
配合およびコーティングプロセス
複合および コーティング シリコンカーボンアノードの性能には、様々なプロセスが不可欠です。革新的な方法では、ナノシリコン、カーボンエアロゲル、カーボンナノチューブ、グラファイト、ドーパント（ヒドラジン水和物、重炭酸アンモニウムなど）、分散剤を特定の比率（5～15：20～30：1～10：5：10：5：10：1～5：40～60）で混合します。その後、混合物を超音波分散し、サンドミルで粉砕してスラリーを形成します。このスラリーは、噴霧乾燥と造粒を経て、同時にカーボンコーティングされます。これにより、ドープされたスポンジ状のシリコン系アノード材料が得られます。
特殊な生産設備には、いくつかのモジュールが含まれます。
- スラリー供給モジュール（ノズル付き）。
- ガス供給および加熱モジュール（不活性ガス、コーティングガス、ドーピングガス用）。
- 処理チャンバーモジュール（乾燥、スプレー造粒、カーボンコーティング用）。
- コレクションモジュール。
処理チャンバーには、バッフル仕切りを備えた重炭酸アンモニウムなどのドーピング材料が充填されています。ガスはチャンバーを通過する際にドーピング材料と混合され、処理空間に導入されて均一なドーピングを実現します。
高温熱処理
高温熱処理は、シリコンカーボンアノードの製造におけるもう一つの重要な工程です。複合前駆体材料は不活性雰囲気中で炭化されます。焼成温度は通常1000～1500℃で、焼成時間は2～5時間です。このプロセスにより、有機炭素源が分解され、導電性ネットワークが形成されます。また、シリコンと炭素材料間の結合も強化されます。
熱処理装置は、典型的には管状炉または回転炉です。シリコン粒子の酸化や過剰な成長を防ぐために、温度プロファイルと雰囲気組成の精密な制御が不可欠です。
中南大学の研究チームは、欠陥強化型ナノ結晶シリコン技術を開発しました。結晶シリコン産業の廃棄物と熱処理プロセスを利用して、高性能シリコンアノードを製造しました。シリコン含有量は最大80wt%に達します。
シリコンカーボン陽極の主な製造方法の比較
| 準備方法 | 技術的特徴 | 利点 | デメリット | 適用可能なシナリオ |
| 化学蒸着（CVD） | シランの熱分解と多孔質炭素上への沈着 | シリコンとカーボンの結合が密で、サイクル安定性が良好で、初効率が高い | シランはコストが高く、安全上のリスクがある | ハイエンドパワーバッテリー |
| サンドミリング | シリコンとグラファイト複合材料の機械研削 | シンプルなプロセス、低コスト、工業生産に適しています | 粒子サイズの制御が難しく、凝集しやすく、不純物が多い | ミッドエンドおよびローエンドのアプリケーション |
| ゾルゲル法 | ゾルゲルプロセスによるシリコン-カーボン複合材料 | 材料の分散が均一で、高い容量が維持されます | カーボンシェルは割れやすく、酸素含有量が多いと初期効率が低くなります。 | 実験段階 |
| 高温熱分解法 | 有機ケイ素前駆体の高温分解 | 大きな炭素空隙が体積膨張を軽減 | シリコンの分散不良とカーボン層の不均一性 | 具体的な応用シナリオ |
| 機械的ボールミル法 | シリコンと炭素材料の機械力混合 | シンプルなプロセス、低コスト、高効率 | 深刻な凝集現象と全体的なパフォーマンス | ローエンドアプリケーション |
後処理
シリコンカーボンアノードの後処理工程には、粉砕、分級、表面処理、焼結、選別、消磁が含まれます。シリコン酸素アノードと比較して、シリコンカーボンアノードでは、膨張応力の緩和と表面SEI（固体電解質界面）膜の安定性に特に注意を払う必要があります。
CN119994008A特許で提案されている方法のような革新的なプロセスでは、アノードスラリー中のシリコン系一次材料粒子の粒度分布を慎重に設計しています。第1粒子のD50は3～8μm、第2粒子のD50は7～12μm、第3炭素系粒子のD50は13～16μmです。この設計により、従来の圧延工程を必要とせずに、製造されたシリコン系アノードシートは高いサイクル安定性とエネルギー密度を維持できます。
エピックパウダー
EPIC Powderは、シリコン系負極材料の製造技術革新の最前線に立っています。ナノシリコン粉末、複合材料前駆体、カーボンコーティング処理の専門知識を有するEPIC Powderは、高性能電池材料に対する高まる需要に応える体制を整えています。業界が進化を続ける中、EPIC Powderの革新的なソリューションは、エネルギー密度とサイクル安定性の向上に重要な役割を果たし、電気自動車やエネルギー貯蔵用の次世代リチウムイオン電池の開発に貢献しています。