北京
作为合金型负极，硅的容量是石墨的10倍，然而，其循环稳定性远远不如商用的石墨负极，添加碳纳米管和碳包覆层是提升其性能最简单有效的策略。近年来碳纳米管和碳包覆作为导电剂是目前维持硅负极导电和结构稳定性的重要手段。
清华大学魏飞教授团队根据近年来碳纳米管和碳包覆作为导电剂在基础研究和产业化应用方面的进展，对其面临的问题及未来的发展方向做出了展望。
①具有粘结性的功能化碳管，有望实现导电粘结一体化的多级功能结构。
②电极结构设计仍需革新。一体化干法多级电极在未来更有优势，长碳管网络与硅基材料的同步生长原位结合，再复合碳基集流体，最后实现批量制备。
③未来的理想电极设计需综合考虑缓冲膨胀、离子通道、致密、成本、柔性导电、结构稳定性等多重要素。
多孔碳是一种特殊的活性碳材料，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。
多孔碳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碳，然后将硅烷热解生成纳米硅颗粒，使其沉积在多孔碳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。通过使用基于多孔碳的CVD工艺，这两个问题都得到了很好的解决。一方面，多孔碳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。
关于清华大学魏飞教授团队成果转化方面，基于清华大学魏飞-张晨曦团队的硅碳负极技术成立常州硅源新能材料有限公司，采用流动性与传递能力优异的气固流化床进行分子级沉积反应，实现了硅基负极材料表面的均匀致密包覆，已成功制备出高容量、高首效、长寿命硅碳负极材料，并实现了千吨级宏量制备过程，在保证材料性能的同时极大地降低了生产成本，性价比领跑全行业。该项先进技术成果入选2020年中关村论坛，并作为重大前沿科技成果在2024世界新能源新材料大会上重磅发布，已应用于鄂尔多斯年产2万吨硅碳负极材料项目，总投资达22亿元，由常州硅源新能材料有限公司投资成立的内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司运营，将于2025年实现大规模的商业化应用，为打造新一代高比能量长续航电池产品打下了坚实的基础，在带来百亿级经济效益的同时，将极大促进新能源行业的革命性发展。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于2025年6月24-25日在安徽·合肥举办第二届硅基负极材料技术与产业高峰论坛暨2025CVD硅碳负极材料前沿技术论坛。旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，清华大学魏飞教授将作题为《导电剂与多孔碳对硅碳负极性能影响》的报告。
专家简介：
魏飞，清华大学化学工程系教授、博士生导师，长期从事流态化、多相反应工程及碳纳米管结构控制与批量生产技术。致力于多相反应器的新概念及新理论研究、研发用于煤及石油化工、纳米材料、清洁能源化学品、环境等领域的新型过程及设备。国家杰出青年基金（1997）获得者。绿色反应工程与工艺北京市重点实验室主任。主持设计30余台多相反应器投入商业运行，研究成果获国家科技进步二等奖（2002年，2008年）、中石化科技进步一等奖（2001、2007年）、教育部自然科学一等奖（2005，2015）、发明一等奖（2012）。在Science、Nature等杂志发表论文600余篇，专著4部，SCI引用50000余次，H因子97。是2016-2021克莱蒽材料领域高被引学者。中国颗粒学会能源颗粒材料专业委员会主任，中国化工学会、石油学会理事等职。
参考来源：
清华大学魏飞AFM：碳纳米管作为硅负极导电网络的研究进展
多孔炭-CVD硅碳负极的关键材料.石大胜华
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