【會議報告】低成本高性能瀝青基硅碳用多孔碳材料的開發(fā)

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(zhì)基多孔碳（占比30%）：璞泰來、凱金能源以椰殼、木質(zhì)素為原料，BET 1200-1800 m2/g，成本低但導(dǎo)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(qū)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(yōu)勢。首先，相比其他碳源，瀝青供應(yīng)量大，來源豐富，價格較低，有利于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；其次，瀝青具有高達80%以上的碳含量，為高轉(zhuǎn)化率的成炭提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)；最后，瀝青的分子結(jié)構(gòu)中富含稠環(huán)芳烴，在熱解下會進一步縮合成炭，易于轉(zhuǎn)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(xué)活化劑，使碳前體在高溫活化過程中形成具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和大比表面積碳材料的方法。根據(jù)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(xué)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(shè)備造成腐蝕，所制備的碳材料可直接使用，無需酸堿洗。

化學(xué)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(xué)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(xué)活化劑包括H3PO4、KOH、K2CO3、Na2CO3和ZnCl2等，不同的化學(xué)活化劑對多孔炭的生產(chǎn)有不同的影響。一般來說，用化學(xué)活化法制備的多孔碳孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，比表面積大，但會有一定的試劑殘留，需要反復(fù)清洗，而且對設(shè)備有腐蝕作用，也會造成一定的環(huán)境污染。KOH作為常用的化學(xué)活化劑，可以增大碳材料的比表面積，構(gòu)建孔結(jié)構(gòu)。

2、模板法

模板法是將兩種或多種物質(zhì)以特定方式混合在一起，在碳化過程中，其中一種物質(zhì)作為碳源，另一種物質(zhì)作為模板劑，經(jīng)過碳化刻蝕使其形成具有孔道結(jié)構(gòu)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(chǎn)生相應(yīng)的孔道形貌。使用不同的模板劑可以得到不同孔道結(jié)構(gòu)的碳材料。

軟模板法是利用具有親水親油兩親結(jié)構(gòu)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(yè)化生產(chǎn)具有較高的成本效益和環(huán)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(zhì)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(wù)（無錫）有限公司通過調(diào)控瀝青基碳源的組分占比和匹配對應(yīng)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(dǎo)電優(yōu)勢的材料本征優(yōu)勢。可以改善目前市用瀝青基多孔碳的硅碳負(fù)極出現(xiàn)的克容量低、首效低和循環(huán)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(jù)高容量、高倍率和長循環(huán)的應(yīng)用需求進行定制化開發(fā)。

針對各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況，中國粉體網(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，開展產(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，炭衍科技服務(wù)（無錫）有限公司產(chǎn)品總監(jiān)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(fā)》的報告。

專家簡介：

鄭軍華，目前為炭衍科服公司的產(chǎn)品總監(jiān)，擁有12年碳材料（石墨烯、硅碳負(fù)極和包覆瀝青等材料）的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)驗，有效發(fā)明專利達30多項。曾就職于蜂巢能源技術(shù)中心西游實驗室研發(fā)經(jīng)理，部門負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)前沿電池材料、前沿電池體系和前沿電池工藝研究開發(fā)工作，前沿項目孵化成功率>25%。同時也曾在包覆瀝青產(chǎn)品公司任職研發(fā)部副總監(jiān)，負(fù)責(zé)包覆瀝青材料的產(chǎn)品技術(shù)支持、產(chǎn)品新工藝改進和新碳素產(chǎn)品的下游應(yīng)用開發(fā)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(yīng)用進展

比表面積2000+！全球硅碳負(fù)極用多孔碳爭霸戰(zhàn).碳討科學(xué)

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