CVD硅碳负极为什么要用多孔炭材料?

楼市   2025-01-01 10:00   山东  

来源:石大胜华

硅基负极具有远超石墨的理论比容量,被业界普遍视为最有前景的下一代锂电池负极材料。在诸多技术路线中,CVD(气相沉积)法硅碳在性能、成本和稳定性方面最具优势,被视为硅基负极的终局发展方向。

多孔炭是CVD硅碳材料的骨架,对材料性能起到关键作用,本文将对多孔炭的技术和市场情况做简单介绍。

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性能与应用

多孔炭是一种特殊的活性炭材料,具备高度发达的孔隙结构,具有比表面积大、导电性能优良、耐酸碱腐蚀等特点。根据国际纯粹及应用化学联合会(IUPAC)的定义,其孔径可分为微孔(<2nm)、中孔(介孔)(2-50nm)、大孔(>50nm)三类。

多孔炭在硅碳负极中作为骨架材料使用。CVD法硅碳的做法是将硅烷通入多孔炭,然后将硅烷热解生成纳米硅颗粒,使其沉积在多孔炭孔隙中生成硅碳复合材料;之后再进行碳包覆,即可用于制备负极。

硅碳负极在使用中有两个最大的问题,一是硅在嵌锂过程中体积膨胀巨大,会导致材料粉化;二是硅与电解液会发生副反应,反复生成过厚的SEI膜,消耗活性锂,降低电池首效和循环次数。通过使用基于多孔炭的CVD工艺,这两个问题都得到了很好的解决。一方面,多孔炭内部的孔隙可以缓冲硅在嵌锂过程中的体积膨胀;另一方面,碳包覆减少了硅与电解液的直接接触,抑制了SEI膜的重复生长,可以提升锂电池首次效率和循环性能。

由于具有超高的比表面积,多孔炭除了作为硅碳负极的骨架材料之外,还可以用来做吸附材料、催化剂载体、超级电容器的电极等。

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生产工艺

通常认为能够以一定方式实现向炭材料转变的物质均可用作多孔炭材料的前驱体,故其种类繁多、来源广泛。目前最常见的多孔炭材料前驱体主要包括生物质材料、高分子聚合物材料、煤基材料、有机框架材料等四类。

生物质材料可以是动植物等生物的器官或组织,如动物骨骼、毛发或植物枝干、果壳等;也可以是动植物的化学成分或合成产物,如甲壳素、明胶、蔗糖、纤维素、木质素等。生物质的来源广泛、环境友好可持续,并且以其制备多孔炭材料的工艺简便易行,是实现多孔炭大规模生产的主要前驱体。

高分子聚合物材料中常见的用作多孔炭的前驱体包括酚醛树脂、聚苯胺、聚丙烯腈等。可通过控制单体和聚合方式的手段调节聚合物的化学元素组成、分子量大小以及分子链的形状,从而实现对多孔炭材料的成分设计与结构调控。然而,高分子聚合物的合成通常涉及复杂化学反应和特殊工艺条件,导致成本相对较高,同时还可能伴随有害副产物带来环境影响。

图:聚苯胺水凝胶衍生多孔炭的合成示意图

煤基材料主要包括煤以及煤焦油、煤沥青等煤衍生物,它们均可作为多孔炭的前驱体材料。煤由短脂肪键和醚键连接的芳香环和氢化芳香族组成,可以通过分子化学工程策略调整煤中的芳香族基本结构单元实现多孔炭材料的功能化设计。 然而煤基材料中的杂质难以去除,且很难通过简单工艺实现孔结构精确调控,同时还伴随能耗较大的问题。

图: 煤基多孔炭的改性示意图

包括金属有机框架材料( metal organic frameworks, MOFs)、共价有机框架材料( covalent organic frameworks, COFs)和氢键有机框架材料( hydrogen-bonded organic frameworks, HOFs)在内的众多有机框架材料,凭借其容易调控的化学组成、比表面积及孔隙结构等特性,已经逐渐成为多孔炭材料的一类新兴前驱体。然而,有机框架材料制备工艺复杂,且往往成本高昂,在规模化生产中具有较大难度。

图:一种金属有机框架材料衍生多孔炭的合成示意图


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竞争格局

日本可乐丽是电池级多孔炭的龙头供应商,产品性能稳定,一致性好。超级电容和硅碳负极使用的多孔炭产品是相同的,目前国内大部分超级电容器厂家均采购可乐丽的产品。

国内的电池级多孔炭产能多由传统活性炭厂商扩产而来,产能较大的厂商有圣泉股份、元力股份、常州创明、阿佩克斯、浦士达等。与日本可乐丽的产品相比,国内产品的批次一致性仍有待进一步提高。



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2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会


主办单位:南墅石墨矿、锂电新材料

总 冠 名:晚宴、支持单位、展台等征集中

大会时间:2025年6月10-11日

大会地点:中国 南京

指导单位:

贝特瑞新材料集团股份有限公司

广东凯金新能源科技股份有限公司

湖南博邦山河新材料有限公司

深圳华明胜科技有限公司

学术支持:

北京化工大学

中南大学

清华大学汽车研究院

苏州大学

真锂新媒

中机国际工程设计研究院有限责任公司

四川长虹新材料科技有限公司

持续增加中……

联合主办:

山东中建恒信技术咨询有限公司

继续征集中....

协办单位:征集中....

承办单位:恩墨(山东)新材料有限公司

赞助单位:征集中....

济宁特碳新材料有限公司

河南明洋机械设备有限公司

继续征集中....

参展单位:

佛山泰姆斯新材料有限公司

吉林敦化林机新能源有限公司

河南锐能机械设备有限公司

深圳市美景环保设备科技有限公司

继续征集中....

椅背广告:河南锐能机械设备有限公司

参会证广告:征集中....


会议背景


随着全球能源转型的加速和新能源汽车产业的蓬勃发展,锂电气相硅碳与石墨作为锂离子电池的关键材料,正迎来前所未有的发展机遇与挑战。为了深入探讨锂电气相硅碳与石墨的最新研究成果、技术创新及产业发展趋势,加强行业交流与合作,实现全行业资源共享,信息互通,优势互补,合作共赢,同时为学术界和产业界实质性对接交流提供平台和合作契机,“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”定于2025年6月10-11日在南京市召开,我们诚挚邀请您莅临“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”。透析市场热点、把脉行业前景,推动新能源产业的持续健康发展!

欢迎各单位积极组织参加,现将有关事项通知如下:



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会议主题内容




一、主题演讲

1、邀请行业权威专家、学者及企业领袖,就锂电气相硅碳与石墨的技术创新、应用进展、市场趋势等进行深入剖析。

2、锂电气相硅碳与石墨在全球能源转型、新能源汽车发展中的角色与前景

3、锂电气相硅碳与石墨材料的最新研究成果、技术突破及未来发展方向

4、硅碳负极材料产业化过程中的硅沉积问题探讨

5、单壁碳纳米管对硅碳负极的作用

6、硅碳负极粘结剂现状

7、硅粉现状及未来新机遇

8、CVD 沉积用硅烷纯度及控制

9、硅烷特气运输安全及控制

二、专题研讨:
1、围绕锂电气相硅碳与石墨的材料制备、性能优化、电池应用、回收再利用等热点议题,促进学术交流与思想碰撞。
2、锂电气相硅碳与石墨材料的合成方法、改性技术及其对电池性能的影响
3、锂电气相硅碳与石墨在锂离子电池中的应用案例,讨论其在不同场景下的性能表现与系统集成挑战
三、成果展示:设立展览区,展示锂电气相硅碳与石墨领域的最新研究成果、技术产品及应用案例,为参会者提供直观感受和交流平台
四、 商务对接
1、组织商务对接活动,为参会企业搭建合作桥梁,促进产学研用深度融合与产业链上下游协同发展。
2、商务对接会:为参会企业、科研机构及投融资机构提供交流平台,促进项目合作、技术转移及资本对接
3、合作签约仪式:在会议期间举行合作签约仪式,见证重要合作项目的达成




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参会对象             




锂电气相硅碳与石墨领域的企业代表、科研人员及技术人员;

新能源汽车、储能电站、便携式电子设备等相关行业的有关人员;

投融资机构、行业协会、媒体等各界人士;

负极材料研究机构及高校课题组成员;

锂电、石墨领域设备、检测仪器设备、环保设备等其他设备企业。



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会议注册与联系方式




一、会议注册


1、本次会议3月31日前报名转发本文到朋友圈会议费全免每单位限2人,超出人员按正常收费标准缴费;(免费报名需经过会务组审核方可有效,分享朋友圈获取20个赞,免费人员不包含餐,须缴餐费600元,缴费成功视为报名成功,过331日按正常收费标准收费)。限200

2、参会代表注册费含会议资料、茶歇、午餐、晚宴等费用;

3、会议统一安排食宿,住宿费自理;

4、发票内容为会议费,开具增值税普通发票,不开增值税专用发票;

注:所有人员凭参会证入场!提前注册缴费!

二、参展及赞助

1、本次会议设置总冠名、联合主办、协办单位、赞助单位、支持单位、手提袋、胸卡挂绳、椅背广告、酒水赞助、会议视频广告(会议室大屏播放)晚宴礼品、笔本赞助、茶歇赞助等会议赞助类别。

2、参展商:每个展位费用:15000元,包括4人午餐、晚宴费用,展台费用,2份资料费用等。

3、实际尺寸2.2米宽×2.4米高

三、汇款信息

  名:恩墨(山东)新材料有限公司

开户行:中国建设银行股份有限公司日照济南路支行

  号:37050171614100001452

  号:105473200085

扫码报名

付款请注明:气相硅碳会议+单位名称,并将付款凭证保留,便于报到时查验。缴费成功后,请保持手机畅通,会务组会尽快与您联系,感谢您的支持!

备注:南京2025锂电气相硅碳会议

开票注意事项:增值税普通发票请提供单位名称及税号,发送邮箱1413686339@qq.com注:本次会议提供电子普票,并发送至参会代表的邮箱或微信,发票内容为会议费

欢迎有关企业、公司联合主办、协办、赞助本次会议,组委会将提供周到、精准的平台服务。另外,会议设有企业新技术、新装备产品展示区,因展位数量有限,如有意向请尽快联系。


组委会联系方式

吕健飞 13264594991(微信同号)

    15315983672(微信同号)


感谢参加2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会!



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