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煤基多孔碳结构精准调控及载硅行为研究,中国科学院山西煤炭化学所 员/课题组长 苏方远,将分享
2026-05-20 11:07
煤基多孔碳结构精准调控及载硅行为研究,中国科学院山西煤炭化学所 员/课题组长 苏方远,将分享

煤作为传统化石能源,其高值化利用是 “双碳” 目标下资源转型的重要方向。与生物质等碳前驱体相比,煤的芳香缩聚结构含量高、热稳定性强,炭化时更易形成含石墨微晶特征的碳骨架,显著提升材料电子导电性与结构稳定性。同时,不同煤阶煤中的含氧、含氮、含硫官能团及矿物质组分,在热解与活化过程中可参与碳结构演化,诱导缺陷生成与孔隙发育,天然适配多级孔道结构的构筑需求。此外,煤基原料来源广泛、工业加工体系成熟,在原料供应、规模化制备及成本控制上优势突出,完全契合高容量硅碳负极产业化的核心诉求。

苏方远研究员团队聚焦煤基多孔碳在 CVD 硅碳负极中的核心应用,针对行业关键技术瓶颈,系统开展孔隙结构精准调控与载硅性能优化研究。

煤在热解和活化过程中易出现碳层有序堆积,导致孔结构塌陷或形成封闭孔,直接影响硅沉积均匀性与电解液浸润能力。为此,团队创新构建多维度结构调控体系,通过理论计算与实验验证相结合的方式,精准抑制碳微晶过度有序化,成功制备出高比表面积、高连通性的开放孔道结构煤基多孔碳,为硅的均匀沉积提供了理想载体。

孔径分布的精准匹配是提升载硅性能的核心关键。孔径过小会限制硅前驱体扩散与沉积,孔径过大则会削弱碳骨架对硅体积膨胀的缓冲作用。基于此,团队开发化学 - 物理协同活化技术,实现微孔、介孔比例与骨架稳定性的协同优化,构建 “刚 - 柔协同” 碳骨架:微孔提供充足空间缓冲硅膨胀,介孔保障硅前驱体快速扩散与电解液渗透,有效解决了高硅负载量下(>40%)的结构崩塌难题。同时,团队首创 “溶剂抽提” 策略,基于煤分子偶极矩差异定向调控煤分子空间位阻,去除高空间位阻富羰基组分,增强预氧化交联结构,为煤基多孔碳提供高氧化反应活性前驱体,进一步优化孔道结构与表面化学性质。

煤中灰分及杂原子的精准调控,是保障硅碳负极循环稳定性的重要环节。煤中矿物质及表面杂原子在高温 CVD 条件下易诱导副反应,破坏 SEI 膜稳定性。为此,团队建立矿物质组成与表面化学状态调控技术体系,通过定向脱灰与表面改性,精准调控多孔碳表面杂原子含量与分布,有效抑制高温副反应,提升 SEI 膜稳定性,显著延长电池循环寿命。此外,团队在界面调控领域取得突破,采用多孔碳表面氨基化策略,定向引入负电中心抑制阴离子吸附,稳定充放电过程中的界面结构,为煤基多孔碳在储能器件中的稳定应用提供了创新方案。

2026年7月7日,由硅碳之家主办的“2026第三届江苏CVD硅碳负极材料技术大会”将在江苏苏州举办,届时中国科学院山西煤炭化学研究所 研究员/课题组长 苏方远 ,将分享《煤基多孔碳结构精准调控及载硅行为研究主题报告。

报告人简介

苏方远,43岁,博士,研究员,博士生导师,课题组组长,入选中国科学院青促会会员、中国科学院特聘研究岗位、山西省“三晋英才”优秀青年人才、IEC TC113工作组专家、山西省化工学会先进电化学储能技术专业委员会副主任委员。主要从事电化学储能碳材料结构调控和中试制备技术开发、超高功率储能器件设计及人工智能技术应用的研究工作。近年来主持及参与了包括国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院、山西省以及国内外企业合作在内的24项科研项目,涵盖超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、燃料电池及锂硫电池关键材料及器件。在npj Comput. Mater., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Energy Storage Mater. 等期刊发表论文100篇,累计被引6137次,H因子37。申请专利84项,授权34项;获得软件著作权5项;参与编写专著3部;主持及参与制定国际/国内标准5项。曾获中国产学研合作创新成果奖一等奖、天津市自然科学奖一等奖

报告内容简介

煤作为一种储量丰富、成本低且碳含量较高的天然碳资源,在CVD硅碳负极用多孔碳材料制备方面展现出良好的应用潜力。相较于生物质等前驱体,煤具有较高的芳香缩聚结构含量和较强的热稳定性,在炭化过程中更易形成具有一定石墨微晶特征的碳骨架,从而有助于提升材料的电子导电性和结构稳定性。同时,不同煤阶煤中所含的含氧、含氮、含硫官能团及矿物质组分,可在热解与活化过程中参与碳结构演化,诱导缺陷形成与孔隙发育,有利于构筑兼具微孔与介孔的多级孔道结构。此外,煤基原料来源广泛,工业加工体系成熟,在原料供应、规模化制备及成本控制等方面具有明显优势,契合高容量硅碳负极产业化发展的需求。    

本报告围绕煤基多孔碳在CVD硅碳负极中的应用,结合团队前期研究基础,系统探讨煤基多孔碳孔隙结构的精准调控方法及其载硅性能。首先,煤在热解和活化过程中容易发生碳层有序堆积,导致部分孔结构塌陷或形成封闭孔,因此,如何抑制碳微晶过度有序化、构建高比表面积且具有良好连通性的开放孔道结构,是提升硅沉积均匀性和电解液浸润能力的关键。其次,多孔碳的孔径分布需要与CVD硅沉积行为相匹配:过小的孔径会限制硅前驱体扩散与沉积,而过大的孔结构则可能削弱对硅体积膨胀的缓冲作用,因此需要实现微孔、介孔比例与骨架稳定性的协同优化。此外,煤中灰分及杂原子在高温CVD条件下可能诱导副反应,或对SEI膜稳定性产生不利影响,因此矿物质组成及表面化学状态的精准调控同样是影响循环稳定性的关键因素。最后,从工程化角度出发,还需进一步解决煤基多孔碳批次一致性、连续化活化工艺以及CVD硅均匀沉积等问题,以推动低成本、高容量和长循环寿命煤基硅碳负极材料的规模化应用。

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2026第三届江苏CVD硅碳负极材料技术大会

参会地点:江苏 苏州

参会时间:2026年7月7日(6日报到)

特邀嘉宾:持续邀请中......

演讲主题:《流化床法制备单壁碳纳米管及硅碳负极材料技术

魏飞  教授  清华大学

演讲主题:《CVD硅碳负极规模化量产的机遇与挑战

周向阳  教授  中南大学

演讲主题:《动力电池方向CVD硅碳的机会与挑战》

陈治  博士  石家庄尚太科技股份有限公司

演讲主题:《碳纳米管耦合导电粘结与高效补锂多维度赋能硅碳负极

杨植  化学与材料工程学院院长  温州大学

演讲主题:《多孔碳的可控刻蚀与新型硅负极材料开发

孙壮  副研究员中国科学院上海硅酸盐研究所/阿尔美科技有限公司

演讲主题:《金属-碳双改性连续包覆提高纳米硅负极材料稳定性研究

史发年  教授  沈阳工业大学

演讲主题:待定

郑洪河  教授苏州大学能源学院

演讲主题:《多孔石墨的制备及其硅碳负极应用

梁逵  教授  湖南大学

演讲主题:《煤基多孔碳结构精准调控及载硅行为研究

苏方远  研究员/课题组长中国科学院山西煤炭化学研究所

演讲主题:《木质素基功能碳材料结构调控》

席跃宾  绿色造纸与资源循环全国重点实验室、副教授  齐鲁工业大学(山东省科学院)

演讲主题:《低膨胀硅碳负极材料在固态电池体系中的研究进展》

刘东海  副总经理  至微新能(常州)科技有限公司

编辑:硅碳之家

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2026江苏第三届

CVD硅碳负极材料技术大会

CVD硅碳负极作为下一代锂电池核心负极材料,凭借其远超传统石墨负极的比容量、优异的循环稳定性及良好的导电性,成功破解了传统硅基负极体积膨胀大、循环性能差的行业痛点,正加速从实验室走向规模化量产,广泛渗透到动力电池、储能电池等核心应用领域,成为推动锂电池产业升级、助力新能源产业高质量发展的核心驱动力。

在此背景下,硅碳之家将于7月7日江苏苏州举办“2026第三届江苏CVD硅碳负极材料技术大会”。大会以“聚势赋能 创新驱动”为主题,汇聚行业力量,聚焦CVD硅碳负极技术突破、工艺优化及供需对接,搭建合作共赢平台。共探行业新机遇,共推CVD硅碳负极产业高质量发展,助力我国新能源产业实现突破。

7月8日原地址举办“2026第三届江苏固态电池关键材料与技术研讨会”。

参会、参展、宣传及赞助事宜

联  系 人:丁善书 

联系电话:13820863302(微信同号)

邮     箱 :ahsyslt@163.com

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