基于硅资源深加工的硅材料行业是全球性的朝阳产业和战略性产业,全球60万家硅企业生产了约80亿美元的硅材料,主要应用于半导体集成电路产业。工业硅及深加工产业是目前国际上的硅产业发展的核心,集中在晶体硅材料和有机硅材料等方面的生产和研究。
表1:三大工业硅材料:多晶硅、单晶硅、有机硅

硅材料在锂离子电池中的应用,主要涉及两方面,一是在负极材料中加入纳米硅,形成硅碳负极,二是在电解液中加入有机硅化合物,改善电解液的性质。
纳米硅:锂电负极材料的重要成员
纳米硅,指的是直径小于5纳米的晶体硅颗粒,是一种重要的非金属无定形材料,常由溶胶凝胶法等方法制备而成。纳米硅粉具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低等特点,且无毒、无味。 纳米硅的应用领域广泛:①与石墨材料组成硅碳复合材料,作为锂离子电池的负极材料,大幅提高锂离子电池的容量,这是我们关注的重点;②用于制造耐高温涂层和耐火材料;③与金刚石高压下混合形成碳化硅-金刚石复合材料,用做切削刀具;④可与有机物反应,作为有机硅高分子材料的原料;⑤金属硅通过提纯制取多晶硅;⑥半导体微电子封装材料;⑦金属表面处理。
有机硅:锂电电解液的功能添加剂
有机硅,是一类人工合成的,结构上以硅原子和氧原子为主链的一种高分子聚合物。由于构成主链的硅-氧结构具有较强的化学键结,因此有机硅高聚物的分子比一般有机高聚物对热、氧稳定得多。 有机硅独特的结构,使其兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。
尽管有机硅在室温下的力学性能与其它材料差异不大,但其在高温及低温下的物理、力学性能表现卓越,温度在-60到+250℃多次交变而其性能不受影响,故有机硅高聚物可在这个温度区域内长期使用,有些有机硅高聚物甚至能在低至-100℃下正常使用。 有机硅材料按其形态的不同,可分为:硅烷偶联剂(有机硅化学试剂)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性剂)、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。 除了硅氧烷以外,硅氮烷也是有机硅中的一个重要门类,常用的有六甲基二硅氮烷,是一种无色液体,广泛应用于特种有机合成和有机金属化学反应。
表2:有机硅氧烷广泛应用多个行业中



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