中國(guó)粉體網(wǎng)訊  作為合金型負(fù)極，硅的容量是石墨的10倍,，然而，其循環(huán)穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如商用的石墨負(fù)極,，添加碳納米管和碳包覆層是提升其性能最簡(jiǎn)單有效的策略。近年來(lái)碳納米管和碳包覆作為導(dǎo)電劑是目前維持硅負(fù)極導(dǎo)電和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要手段,。

清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)近年來(lái)碳納米管和碳包覆作為導(dǎo)電劑在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面的進(jìn)展,，對(duì)其面臨的問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展方向做出了展望。

①具有粘結(jié)性的功能化碳管,，有望實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電粘結(jié)一體化的多級(jí)功能結(jié)構(gòu),。

②電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍需革新。一體化干法多級(jí)電極在未來(lái)更有優(yōu)勢(shì),，長(zhǎng)碳管網(wǎng)絡(luò)與硅基材料的同步生長(zhǎng)原位結(jié)合,，再?gòu)?fù)合碳基集流體，最后實(shí)現(xiàn)批量制備,。

③未來(lái)的理想電極設(shè)計(jì)需綜合考慮緩沖膨脹,、離子通道,、致密、成本,、柔性導(dǎo)電,、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等多重要素,。

多孔碳是一種特殊的活性碳材料,，具備高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，具有比表面積大,、導(dǎo)電性能優(yōu)良,、耐酸堿腐蝕等特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際純粹及應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的定義,，其孔徑可分為微孔（<2nm）,、中孔（介孔）（2-50nm）、大孔（>50nm）三類(lèi),。 

多孔碳在硅碳負(fù)極中作為骨架材料使用,。CVD法硅碳的做法是將硅烷通入多孔碳,，然后將硅烷熱解生成納米硅顆粒，使其沉積在多孔碳孔隙中生成硅碳復(fù)合材料,；之后再進(jìn)行碳包覆,，即可用于制備負(fù)極。 

硅碳負(fù)極在使用中有兩個(gè)最大的問(wèn)題,，一是硅在嵌鋰過(guò)程中體積膨脹巨大,，會(huì)導(dǎo)致材料粉化；二是硅與電解液會(huì)發(fā)生副反應(yīng),，反復(fù)生成過(guò)厚的SEI膜,，消耗活性鋰，降低電池首效和循環(huán)次數(shù),。通過(guò)使用基于多孔碳的CVD工藝,，這兩個(gè)問(wèn)題都得到了很好的解決。一方面,，多孔碳內(nèi)部的孔隙可以緩沖硅在嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹,；另一方面，碳包覆減少了硅與電解液的直接接觸,，抑制了SEI膜的重復(fù)生長(zhǎng),，可以提升鋰電池首次效率和循環(huán)性能。

關(guān)于清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)成果轉(zhuǎn)化方面,，基于清華大學(xué)魏飛-張晨曦團(tuán)隊(duì)的硅碳負(fù)極技術(shù)成立常州硅源新能材料有限公司,，采用流動(dòng)性與傳遞能力優(yōu)異的氣固流化床進(jìn)行分子級(jí)沉積反應(yīng),，實(shí)現(xiàn)了硅基負(fù)極材料表面的均勻致密包覆，已成功制備出高容量,、高首效,、長(zhǎng)壽命硅碳負(fù)極材料，并實(shí)現(xiàn)了千噸級(jí)宏量制備過(guò)程,，在保證材料性能的同時(shí)極大地降低了生產(chǎn)成本,，性?xún)r(jià)比領(lǐng)跑全行業(yè)。該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)成果入選2020年中關(guān)村論壇,，并作為重大前沿科技成果在2024世界新能源新材料大會(huì)上重磅發(fā)布,，已應(yīng)用于鄂爾多斯年產(chǎn)2萬(wàn)噸硅碳負(fù)極材料項(xiàng)目，總投資達(dá)22億元,，由常州硅源新能材料有限公司投資成立的內(nèi)蒙古硅源新能電子材料科技有限公司運(yùn)營(yíng),，將于2025年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，為打造新一代高比能量長(zhǎng)續(xù)航電池產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),，在帶來(lái)百億級(jí)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),，將極大促進(jìn)新能源行業(yè)的革命性發(fā)展。

針對(duì)各類(lèi)負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況,，中國(guó)粉體網(wǎng)將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇,。旨在為負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn),、學(xué),、研合作，助推負(fù)極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展,。屆時(shí),，清華大學(xué)魏飛教授將作題為《導(dǎo)電劑與多孔碳對(duì)硅碳負(fù)極性能影響》的報(bào)告。

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

魏飛,，清華大學(xué)化學(xué)工程系教授,、博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)期從事流態(tài)化,、多相反應(yīng)工程及碳納米管結(jié)構(gòu)控制與批量生產(chǎn)技術(shù),。致力于多相反應(yīng)器的新概念及新理論研究、研發(fā)用于煤及石油化工,、納米材料,、清潔能源化學(xué)品、環(huán)境等領(lǐng)域的新型過(guò)程及設(shè)備,。國(guó)家杰出青年基金（1997）獲得者,。綠色反應(yīng)工程與工藝北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。主持設(shè)計(jì)30余臺(tái)多相反應(yīng)器投入商業(yè)運(yùn)行，研究成果獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（2002年,，2008年）,、中石化科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（2001、2007年）,、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2005,，2015）、發(fā)明一等獎(jiǎng)（2012）,。在Science,、Nature等雜志發(fā)表論文600余篇，專(zhuān)著4部,，SCI引用50000余次,，H因子97,。是2016-2021克萊蒽材料領(lǐng)域高被引學(xué)者,。中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)能源顆粒材料專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任，中國(guó)化工學(xué)會(huì),、石油學(xué)會(huì)理事等職,。

參考來(lái)源：

清華大學(xué)魏飛AFM：碳納米管作為硅負(fù)極導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

多孔炭-CVD硅碳負(fù)極的關(guān)鍵材料.石大勝華

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）

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