中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來，第三代硅基負(fù)極技術(shù)路線利用硅烷在多孔碳上沉積的CVD法硅碳負(fù)極已逐漸趨于規(guī)�；苽浜蜕虡I(yè)化應(yīng)用，受到了大量新能源企業(yè)的青睞。該技術(shù)路線的核心是以多孔碳骨架來儲(chǔ)硅，在多孔碳顆粒內(nèi)部的孔隙通入硅烷氣體，通過高溫?zé)峤馐构柰闅怏w分解成硅納米顆粒分散在多孔碳內(nèi)部。
硅基負(fù)極材料技術(shù)路線發(fā)展圖
CVD法作為新一代硅碳復(fù)合技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)分子尺度的控制，沉積制備的硅碳負(fù)極組分均勻，結(jié)構(gòu)致密，對(duì)設(shè)備要求較低，成本低，工藝簡(jiǎn)單，粒徑控制均勻，并且容易通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來優(yōu)化硅碳負(fù)極材料，所制備的硅碳負(fù)極通常首效較高（80%~90%），不需要額外的預(yù)鋰化處理，循環(huán)性能較好。
多孔碳，由于來源廣泛并且孔隙結(jié)構(gòu)豐富，因而在CVD硅碳負(fù)極材料中備受關(guān)注，成為目前新型CVD硅碳負(fù)極中最常用的碳基體材料。多孔碳是通過物理或者化學(xué)活化的方法，對(duì)含有碳的原材料進(jìn)行熱解而得到具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的一種碳材料，目前多孔碳的來源主要有三種：樹脂基、生物質(zhì)基、瀝青基。
多孔碳原料對(duì)比
多孔碳材料憑借其高比表面積和豐富的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，為CVD法制備硅碳復(fù)合材料提供了理想的載體。通過CVD工藝將納米硅沉積于孔隙內(nèi)部，可有效緩解硅在充放電過程中的體積膨脹，顯著提升電極的循環(huán)穩(wěn)定性。
從力學(xué)性能角度，多孔碳的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有較低的楊氏模量（通常為1-10GPa），這種特性使其能夠在外部應(yīng)力或內(nèi)部體積變化時(shí)發(fā)生塑性變形而不破裂，從而維持電極的結(jié)構(gòu)完整性和電接觸穩(wěn)定性。此外，多孔碳的三維互聯(lián)孔道結(jié)構(gòu)為鋰離子傳輸提供了豐富的擴(kuò)散通道，有效降低了離子傳輸阻抗，從而顯著改善了材料的倍率性能。
研究表明，具有高比表面積、大孔體積和豐富微孔結(jié)構(gòu)的多孔碳基體有利于硅在孔隙內(nèi)部的均勻沉積，這主要?dú)w因于其提供了更多的活性位點(diǎn)和擴(kuò)散通道。然而，值得注意的是，比表面積和孔體積等參數(shù)并非單純追求最大化，過高的孔隙率可能導(dǎo)致碳骨架的結(jié)構(gòu)完整性受損，具體表現(xiàn)為機(jī)械強(qiáng)度下降和體積模量降低，這些結(jié)構(gòu)缺陷將直接影響材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。因此，在實(shí)際材料設(shè)計(jì)中，需要在孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化與機(jī)械性能保持之間尋求最佳平衡點(diǎn)。
此外，開發(fā)低成本、高性能的多孔碳前驅(qū)體材料體系是當(dāng)前研究的重點(diǎn)方向之一。特別是如何將生物質(zhì)基和瀝青基等低成本前驅(qū)體通過可控的碳化活化工藝轉(zhuǎn)化為具有適宜孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料，這一轉(zhuǎn)化過程需要精確調(diào)控?zé)峤鉁囟�、活化劑種類及工藝參數(shù)等關(guān)鍵因素。
在實(shí)際應(yīng)用中，研究者需要在碳基體選擇時(shí)建立多維度的評(píng)價(jià)體系，綜合考慮原料成本、結(jié)構(gòu)參數(shù)（如比表面積、孔徑分布、導(dǎo)電性等）和電化學(xué)性能之間的平衡關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)材料性能與經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。
多孔碳（圖源：福建鑫森）
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)硅碳負(fù)極材料用多孔碳原料的企業(yè)主要包括：貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、凱金能源、翔豐華、中科電氣、圣泉新能源、道氏技術(shù)、上海洗霸、元力股份、大潮炭能科技、英克瑞斯、鈉壹新能源、廣東韓研、江蘇浦士達(dá)、國(guó)科炭美、北海星石、鑫森炭業(yè)、索理德新材料等。其中，專業(yè)的多孔碳廠家具備：1）原料篩選、加工處理等性能優(yōu)勢(shì)；2）降低原料單耗、能耗、以及規(guī)模效應(yīng)等降本優(yōu)勢(shì)。
參考來源：
[1]鄧拓等：化學(xué)氣相沉積法制備硅碳負(fù)極的研究進(jìn)展，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院
[2]各企業(yè)多孔碳研發(fā)生產(chǎn)相關(guān)報(bào)道
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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