
杭州嘉悅智能設備有限公司
金牌會員
已認證

杭州嘉悅智能設備有限公司
金牌會員
已認證
在追求高能量密度電池的競賽中,硅碳負極已成為萬眾矚目的明星。然而,當聚光燈都打在“硅”身上時,真正決定其成敗的,或許并非硅本身,而是那個常常被視為“配角”的材料——多孔碳。
是時候重新認識它的價值了:多孔碳不是配角,而是為硅精心建造的“房子”。一座結構精良的房子,不僅能提供容身之所,更能保障居住者的安全、舒適與長久發展。
一、硅的困境:為何它急需一座“好房子”?
硅擁有理論比容量高達4200mAh/g的先天優勢,約為傳統石墨的10倍,是提升電池能量密度的關鍵。

但硅在充放電過程中存在巨大的體積膨脹(可達300%),這會導致硅顆粒粉化、從集流體上脫落,并與電解液持續反應生成不穩定、不斷增厚的SEI膜。其結果就是電池的循環壽命急速衰減。
這意味著,盡管硅是一位“潛力巨星”,但它性格暴烈,需要一座精心設計的“房子”來安頓和馴服。
二、“造房”的科學:多孔碳如何成為理想“家園”
多孔碳通過物理或化學活化等方法制備,具備多個功能維度。當其作為硅負極的載體時,其作用遠不止支撐那么簡單:
結構緩沖,吸納應力
多孔碳的三維互聯結構能在硅膨脹時承擔、分散應力、避免裂紋擴展。研究指出,碳骨架的孔隙結構對硅的沉積方式和結構穩定性具有決定性影響。比如,多孔碳的孔徑大小對硅負極的沉積方式有較大影響。微孔具有較大的吸附能,更易于吸附含硅氣體,使得硅沉積于微孔中。在介孔沉積過程中容易發生均相形核,導致浮硅等問題,但介孔對于硅碳負極的性能又有重要作用。
均勻沉積、降低膨脹
多孔碳的孔容及豐富孔隙為納米硅提供了一個空間,使其在孔內均勻沉積、減少團聚。這樣像是在給每個硅粒“分房間”,避免在循環過程中彼此擠壓、碰撞。未沉積滿的空間還能給硅嵌鋰后的膨脹提供預留空間,降低硅碳負極材料的膨脹率,提高鋰離子電池的循環性能。
高效導電與離子通道
多孔碳自身導電性較好,其連續的碳網絡可作為電子運輸通路。同時,其多級孔道也為鋰離子擴散提供通道,尤其介孔內的離子傳輸阻抗更小,從而擁有更好的倍率性能。
三、“好房子”的標準:不止于大,更在于精
并非所有多孔碳都能成為硅的“理想家園”。一座好的“房子”,需要在以下幾個方面追求卓越:
高比表面積與高孔容:這是提供足夠“居住空間”的基礎。一般情況下要求比表面積大于1700m2/g,孔容在0.7-1.2 cm3/g,微孔率≥80%。這確保了能負載足夠多的硅,并利用預留孔隙有效限制硅的體積膨脹。
精準的孔徑分布:研究表明,小于10nm的微孔至關重要,其占比通常要求達到99%。這些小孔不僅能限制硅顆粒尺寸,還利于硅烷氣體通過毛細凝聚作用高效填入,是實現硅均勻負載的關鍵。同時,非理想孔占比要求盡量少,減少鋰離子“陷阱”,提高硅碳負極材料的首效。
堅固的碳骨架:過高的孔隙率可能導致碳骨架的結構完整性受損,機械強度下降。因此,必須在孔隙結構與機械性能之間尋求最佳平衡點。一個堅固的“房屋框架”是保證負極材料在制作極片過程中不被輥壓破碎的基礎,也是下游電池廠應用的前提條件。
低雜質與高導電性:如同房屋的建材需要純凈安全,多孔碳的灰分和磁性雜質含量需嚴格控制,以避免電池循環過程中產生過多的副反應,甚至影響電池的安全。同時多孔碳的導電性是硅碳負極快充性能的保障。
四、中杭嘉悅視角:從“造房術”到產業化的思考
要將多孔碳從實驗室的“精妙模型”推進到產業化的“量產家園”,必須同時解決材料科學與工程化制程的雙重挑戰。當前行業內常用的物理活化方式主要有回轉爐和流化床:前者適于顆粒料活化,后者適于微粉級活化。但鑒于硅碳負極對孔容、孔徑分布與表面缺陷的高標準要求,單次活化往往難以一次性達到下游材料的指標。基于這一現實中杭嘉悅在工藝與裝備上也在不斷前進和探索當中,目標是形成低成本、可重復、性能可控的多孔碳生產鏈路。
在推進研發的同時,我們堅持“性能—成本—可放大性”三維平衡的工程化原則:不僅追求材料在電化學指標上的優越性,更強調工藝穩定性、原料一致性和單位產本的可控性,從而為硅碳負極的商業化落地提供系統化支撐。
結語
在硅碳負極的宏大敘事中,多孔碳早已不是可有可無的“配角”。它是為硅提供安身立命之所的 “房子” ,是決定整個體系能否走向成熟與穩定的基石性材料。

認清多孔碳的“房子”角色,意味著我們的技術研發和產業投入需要給予它同等的、甚至更多的關注。當下一次驚嘆于硅碳負極的高容量時,我們更應銘記:正是多孔碳這座精心構筑的“房子”,讓硅的潛能得以安全、穩定地釋放,共同撐起了新一代電池的能量密度革命。
相關產品
更多
相關文章
更多
技術文章
2025-10-09技術文章
2025-06-23技術文章
2024-10-23技術文章
2024-10-09
虛擬號將在 秒后失效
使用微信掃碼撥號