【會議報告】低成本高性能瀝青基硅碳用多孔碳材料的開發

瀝青基碳源作為碳材料的原料，來源廣泛、批次一致性高且廉價，可作為碳材料的極具潛力原料。

多孔碳主流原材料

瀝青基多孔碳（占比約55%）：貝特瑞、杉杉股份采用石油焦或煤瀝青為原料，通過高溫碳化與活化工藝，比表面積（BET）達1500-2000 m2/g，孔隙率＞80%。  

生物質基多孔碳（占比30%）：璞泰來、凱金能源以椰殼、木質素為原料，BET 1200-1800 m2/g，成本低但導電性弱（＜50 S/cm）。

樹脂基多孔碳（占比15%）：日本昭和電工、韓國浦項以酚醛樹脂為前驅體，BET 2000-2500 m2/g，機械強度高（抗壓強度＞10 MPa），但成本高昂（較瀝青基高40%）。

瀝青既可以來源于石油也可來源于煤。以瀝青為碳源制備多孔碳具有多方面優勢。首先，相比其他碳源，瀝青供應量大，來源豐富，價格較低，有利于實現工業化大規模生產；其次，瀝青具有高達80%以上的碳含量，為高轉化率的成炭提供了堅實的物質基礎；最后，瀝青的分子結構中富含稠環芳烴，在熱解下會進一步縮合成炭，易于轉化，且石墨化程度高。

目前，瀝青基多孔碳材料的制備方法主要有活化法、模板法和熔鹽法等。

1、活化法

活化法是指通過物理或化學活化劑，使碳前體在高溫活化過程中形成具有豐富孔隙結構和大比表面積碳材料的方法。根據活化機理的不同，可將多孔碳的制備方法分為物理活化法和化學活化法兩種。

物理活化法是在碳化過程中，以二氧化碳、水蒸氣等氣體作活化劑，在高溫下活化劑與碳原子作用，通過在碳基體上開孔、擴孔的機制形成孔隙。物理活化法工藝簡單、綠色，不會對設備造成腐蝕，所制備的碳材料可直接使用，無需酸堿洗。

化學活化法是目前用于制備高比表面積多孔碳的方法之一。該方法是在原材料中加入一定量的化學活化劑，混合并浸漬一段時間，在高溫下進行炭化活化。常見的化學活化劑包括H3PO4、KOH、K2CO3、Na2CO3和ZnCl2等，不同的化學活化劑對多孔炭的生產有不同的影響。一般來說，用化學活化法制備的多孔碳孔隙結構發達，比表面積大，但會有一定的試劑殘留，需要反復清洗，而且對設備有腐蝕作用，也會造成一定的環境污染。KOH作為常用的化學活化劑，可以增大碳材料的比表面積，構建孔結構。

2、模板法

模板法是將兩種或多種物質以特定方式混合在一起，在碳化過程中，其中一種物質作為碳源，另一種物質作為模板劑，經過碳化刻蝕使其形成具有孔道結構的碳材料。模板法可分為兩大類，即硬模板和軟模板法。

硬模板法是將無機金屬前體引入硬模板的孔道中，然后進行煅燒，在納米孔道中形成氧化物晶體，移除硬模板后，產生相應的孔道形貌。使用不同的模板劑可以得到不同孔道結構的碳材料。

軟模板法是利用具有親水親油兩親結構的分子作軟模板劑，將碳源按一定方式組裝排列后制備多孔碳材料。通過軟模板法制備的多孔碳材料，在高溫碳化時軟模板劑中部分原子加入多孔碳的碳骨架中，其余原子則分解氣化致孔，因此后期不需要通過溶劑去除模板，對工業化生產具有較高的成本效益和環境友好性。

3、熔鹽法

熔鹽法是將無機共晶鹽與碳前體混合，在一定溫度下熔融，使碳前體聚合成型來制備碳質材料，所得碳材料無需酸洗，制備工藝簡單，時間短，并且在制備過程中無機鹽可回收利用，對壞境友好。

炭衍科技服務（無錫）有限公司通過調控瀝青基碳源的組分占比和匹配對應的成孔工藝，可以制得CVD硅碳用多孔碳，其具備低成本、高強度和高導電優勢的材料本征優勢。可以改善目前市用瀝青基多孔碳的硅碳負極出現的克容量低、首效低和循環性能差的既有觀念。同時，再通過瀝青基碳源的表面處理，可以改善瀝青基多孔碳的首效和鋰離子擴散速率，提升倍率性能。綜合所得瀝青基碳源值得多孔碳可根據高容量、高倍率和長循環的應用需求進行定制化開發。

針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負極材料技術與產業高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇。旨在為負極材料產業鏈上中下游企業搭建深度交流的平臺，開展產、學、研合作，助推負極材料行業持續健康發展。屆時，炭衍科技服務（無錫）有限公司產品總監鄭軍華將作題為《低成本高性能瀝青基硅碳用多孔碳材料的開發》的報告。

專家簡介：

鄭軍華，目前為炭衍科服公司的產品總監，擁有12年碳材料（石墨烯、硅碳負極和包覆瀝青等材料）的研發生產應用經驗，有效發明專利達30多項。曾就職于蜂巢能源技術中心西游實驗室研發經理，部門負責人，負責前沿電池材料、前沿電池體系和前沿電池工藝研究開發工作，前沿項目孵化成功率>25%。同時也曾在包覆瀝青產品公司任職研發部副總監，負責包覆瀝青材料的產品技術支持、產品新工藝改進和新碳素產品的下游應用開發工作。

信息來源：

蔡江濤等.瀝青基多孔炭材料的制備及在超級電容器中的應用進展

比表面積2000+！全球硅碳負極用多孔碳爭霸戰.碳討科學

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