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化学气相沉积法（CVD 法）是硅碳负极材料产业化的核心工艺，其核心逻辑是通过 “多孔碳骨架承载 + 气相硅沉积 + 二次碳包覆” 的三步法，精准调控硅的粒径、分散性及界面稳定性，从根本上缓解硅的体积膨胀问题，同时保证材料高容量与循环寿命的平衡。

CVD 法利用挥发性硅源（如硅烷 SiH₄）在高温下热解，将纳米硅颗粒原位沉积到预先制备的多孔碳骨架孔隙中，再通过二次碳包覆形成 “碳骨架 - 纳米硅 - 包覆碳” 的三维复合结构。

• 多孔碳骨架：提供 “物理缓冲空间”，吸收硅嵌锂时的体积膨胀（硅嵌锂后体积膨胀可达 300%-400%）；

• 纳米硅沉积：硅颗粒尺寸控制在 10-50nm，减少单颗粒膨胀应力，同时提升锂嵌入 / 脱嵌效率；

• 二次碳包覆：形成致密导电层，降低界面阻抗，防止硅颗粒与电解液直接反应生成不稳定 SEI 膜。

CVD 法工艺分为三大核心阶段，每个阶段的原料选择、工艺参数（温度、压力、气体比例）直接决定最终材料性能，以下为工业化量产的典型流程：

阶段 1：多孔碳骨架制备（“载体先行”）

多孔碳骨架是 CVD 法的 “基础载体”，其孔隙率、孔径分布、导电性直接影响后续硅的沉积效果。目前主流碳源分为树脂基和生物质基两类，工艺差异显著：

核心目的：制备 “蜂窝状” 多孔结构，为纳米硅提供均匀的沉积位点和膨胀缓冲空间。例如，贝特瑞采用酚醛树脂基碳骨架，孔隙率控制在 65%，可使后续硅沉积后膨胀率 < 20%。

阶段 2：纳米硅气相沉积（“精准嵌硅”）

这是 CVD 法的核心步骤，通过控制硅烷热解条件，实现纳米硅在碳骨架孔隙内的均匀沉积，避免硅颗粒团聚（团聚会导致局部膨胀破裂）。

• 工艺设备：管式 CVD 炉（量产级为 100kg / 批次，实验室级为 100g / 批次）；

• 硅源选择：主流为高纯度硅烷（SiH₄，纯度 99.999%），替代方案包括二氯硅烷（SiH₂Cl₂），但硅烷热解效率更高（硅产率 > 85%）；

• 关键工艺参数（量产级优化值）：

1. 反应温度：600-650℃（温度过低硅烷热解不完全，过高会导致硅颗粒长大至 100nm 以上）；

2. 反应压力：200-300Pa（微正压，防止空气进入氧化硅）；

3. 气体比例：硅烷（SiH₄）: 氩气（Ar，惰性保护气）=1:4（体积比），氩气过量可稀释硅烷，避免局部硅浓度过高导致团聚；

4. 沉积时间：2-4h（根据目标硅含量调整，硅含量 10%-15% 对应沉积 2h，20% 对应 4h）。

性能效果：沉积后的纳米硅粒径控制在 10-30nm，在碳骨架内分散均匀，材料克容量可达 1800-2000mAh/g（是传统石墨负极的 4-5 倍），首次库伦效率（ICE）≥90%（ICE 越高，首次充放电的容量损失越小，产业化价值越高）。例如，宁德时代通过专利（CN119852337A）优化硅烷沉积温度至 620℃，使材料 ICE 提升至 93.8%，循环 1000 次后容量保持率达 89.3%。

阶段 3：二次碳包覆（“界面强化”）

纳米硅表面化学活性高，易与电解液反应生成不稳定 SEI 膜（导致循环寿命衰减），因此需通过二次碳包覆形成 “保护层 + 导电层”。

• 碳源选择：乙炔（C₂H₂）、丙烷（C₃H₈）等烃类气体，乙炔碳产率高（碳包覆层致密性好）；

• 关键工艺参数：

1. 包覆温度：800-1000℃（高温使烃类热解生成无定形碳，与硅 / 碳骨架结合更紧密）；

2. 气体比例：乙炔（C₂H₂）: 氩气（Ar）=2:7（体积比）；

3. 包覆时间：1-2h（形成 5-10nm 厚的碳包覆层，过厚会降低容量，过薄则保护不足）。

核心作用：

1. 提升导电性：碳包覆层电导率 > 50S/m，解决纳米硅本身导电性差（电导率 < 10⁻⁴S/m）的问题；

2. 稳定 SEI 膜：避免硅与电解液直接接触，使 SEI 膜在循环中不易破裂、再生（减少容量衰减）；

3. 提升压实密度：碳包覆层可使材料压实密度从 1.2g/cm³ 提升至 1.5g/cm³ 以上（压实密度越高，电池体积能量密度越大）。例如，贝特瑞第六代硅碳负极通过二次碳包覆，压实密度达 1.55g/cm³，可适配 4.35V 高电压平台（高电压电池对材料稳定性要求更高）。