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化學氣相沉積法（CVD 法）是硅碳負極材料產業化的核心工藝，其核心邏輯是通過 “多孔碳骨架承載 + 氣相硅沉積 + 二次碳包覆” 的三步法，精準調控硅的粒徑、分散性及界面穩定性，從根本上緩解硅的體積膨脹問題，同時保證材料高容量與循環壽命的平衡。

一、CVD 法核心原理

CVD 法利用揮發性硅源（如硅烷 SiH?）在高溫下熱解，將納米硅顆粒原位沉積到預先制備的多孔碳骨架孔隙中，再通過二次碳包覆形成 “碳骨架 - 納米硅 - 包覆碳” 的三維復合結構。

• 多孔碳骨架：提供 “物理緩沖空間”，吸收硅嵌鋰時的體積膨脹（硅嵌鋰后體積膨脹可達 300%-400%）；

• 納米硅沉積：硅顆粒尺寸控制在 10-50nm，減少單顆粒膨脹應力，同時提升鋰嵌入 / 脫嵌效率；

• 二次碳包覆：形成致密導電層，降低界面阻抗，防止硅顆粒與電解液直接反應生成不穩定 SEI 膜。

二、CVD 法完整工藝流程（工業化標準路線）

CVD 法工藝分為三大核心階段，每個階段的原料選擇、工藝參數（溫度、壓力、氣體比例）直接決定最終材料性能，以下為工業化量產的典型流程：

階段 1：多孔碳骨架制備（“載體先行”）

多孔碳骨架是 CVD 法的 “基礎載體”，其孔隙率、孔徑分布、導電性直接影響后續硅的沉積效果。目前主流碳源分為樹脂基和生物質基兩類，工藝差異顯著：

核心目的：制備 “蜂窩狀” 多孔結構，為納米硅提供均勻的沉積位點和膨脹緩沖空間。例如，貝特瑞采用酚醛樹脂基碳骨架，孔隙率控制在 65%，可使后續硅沉積后膨脹率 < 20%。

階段 2：納米硅氣相沉積（“精準嵌硅”）

這是 CVD 法的核心步驟，通過控制硅烷熱解條件，實現納米硅在碳骨架孔隙內的均勻沉積，避免硅顆粒團聚（團聚會導致局部膨脹破裂）。

• 工藝設備：管式 CVD 爐（量產級為 100kg / 批次，實驗室級為 100g / 批次）；

• 硅源選擇：主流為高純度硅烷（SiH?，純度 99.999%），替代方案包括二氯硅烷（SiH?Cl?），但硅烷熱解效率更高（硅產率 > 85%）；

• 關鍵工藝參數（量產級優化值）：

1. 反應溫度：600-650℃（溫度過低硅烷熱解不完全，過高會導致硅顆粒長大至 100nm 以上）；

2. 反應壓力：200-300Pa（微正壓，防止空氣進入氧化硅）；

3. 氣體比例：硅烷（SiH?）: 氬氣（Ar，惰性保護氣）=1:4（體積比），氬氣過量可稀釋硅烷，避免局部硅濃度過高導致團聚；

4. 沉積時間：2-4h（根據目標硅含量調整，硅含量 10%-15% 對應沉積 2h，20% 對應 4h）。

性能效果：沉積后的納米硅粒徑控制在 10-30nm，在碳骨架內分散均勻，材料克容量可達 1800-2000mAh/g（是傳統石墨負極的 4-5 倍），首次庫倫效率（ICE）≥90%（ICE 越高，首次充放電的容量損失越小，產業化價值越高）。例如，寧德時代通過專利（CN119852337A）優化硅烷沉積溫度至 620℃，使材料 ICE 提升至 93.8%，循環 1000 次后容量保持率達 89.3%。

階段 3：二次碳包覆（“界面強化”）

納米硅表面化學活性高，易與電解液反應生成不穩定 SEI 膜（導致循環壽命衰減），因此需通過二次碳包覆形成 “保護層 + 導電層”。

• 碳源選擇：乙炔（C?H?）、丙烷（C?H?）等烴類氣體，乙炔碳產率高（碳包覆層致密性好）；

• 關鍵工藝參數：

1. 包覆溫度：800-1000℃（高溫使烴類熱解生成無定形碳，與硅 / 碳骨架結合更緊密）；

2. 氣體比例：乙炔（C?H?）: 氬氣（Ar）=2:7（體積比）；

3. 包覆時間：1-2h（形成 5-10nm 厚的碳包覆層，過厚會降低容量，過薄則保護不足）。

核心作用：

1. 提升導電性：碳包覆層電導率 > 50S/m，解決納米硅本身導電性差（電導率 < 10??S/m）的問題；

2. 穩定 SEI 膜：避免硅與電解液直接接觸，使 SEI 膜在循環中不易破裂、再生（減少容量衰減）；

3. 提升壓實密度：碳包覆層可使材料壓實密度從 1.2g/cm3 提升至 1.5g/cm3 以上（壓實密度越高，電池體積能量密度越大）。例如，貝特瑞第六代硅碳負極通過二次碳包覆，壓實密度達 1.55g/cm3，可適配 4.35V 高電壓平臺（高電壓電池對材料穩定性要求更高）。