摘要

通過結(jié)構(gòu)納米化、復合化、有序化設計和功能導向組裝， 實現(xiàn)了碳材料跨越“納-微-宏”的多層次孔道、多尺度網(wǎng)絡、多組分界面的可調(diào)可控，構(gòu)建系列多功能精確耦合的微納超結(jié)構(gòu)碳材料。

作為儲能活性材料，碳材料同時又能構(gòu)建能量運輸網(wǎng)絡，在鋰離子電池、燃料電池等能量存儲與轉(zhuǎn)化器中起重要作用。

目前碳材料主要以炭黑、石墨、碳納米管、石墨烯、活性炭、碳纖維等多種形式被用于電化學儲能器件中，傳統(tǒng)碳材料存在微結(jié)構(gòu)無序、缺陷多及性能單一等難題待解，而以碳納米管和石墨烯為代表的新型材料，憑借優(yōu)異的導電性、高比表面積等特點，在電化學儲能領域表現(xiàn)巨大的潛力。

8月26-27日，2020先進電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳機場凱悅酒店舉行，此次會議由深圳先進電池材料產(chǎn)業(yè)集群主辦，深圳市清新電源研究院、高工鋰電、高工氫電聯(lián)合承辦。

本次論壇上，清華大學深圳國際研究生院副院長、教授康飛宇發(fā)表題為“碳材料在儲能電池中的應用”。

康飛宇教授介紹了碳基材料的特點、種類及其未來趨勢，并提出了通過納米結(jié)構(gòu)的層次化、有序化和功能導向組裝構(gòu)建微納超結(jié)構(gòu)碳材料的思想。

康飛宇表示，碳材料大都來自天然石墨材料，石墨又細分為鱗片石墨和微晶石墨。其團隊的研發(fā)思路是，針對鱗片石墨開發(fā)碳包覆改性快充型鱗片石墨負極材料、多孔石墨烯導電材料及納米石墨片硅復合負極材料，其相應的特點是離子嵌入快、導電效率高及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。

而微晶石墨各向同性膨脹小，且表面缺陷多、結(jié)構(gòu)易解體，其研發(fā)思路是研發(fā)高功率核殼結(jié)構(gòu)微晶石墨負極材料，相應的特點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且離子嵌入快。

例如，針對硅碳負極，基于優(yōu)質(zhì)低硫可膨脹石墨（納米石墨片），可制備高容量納米石墨片/碳硅復合負極材料。納米石墨片/碳硅負極比容量達到1056 mAh/g (約為石墨的3倍)，循環(huán)穩(wěn)定性好。

此外，康飛宇還介紹了“微納超結(jié)構(gòu)碳材料”的新思路，發(fā)現(xiàn)包括通過結(jié)構(gòu)納米化、復合化、有序化設計和功能導向組裝， 實現(xiàn)了碳材料跨越“納-微-宏”的多層次孔道、多尺度網(wǎng)絡、多組分界面的可調(diào)可控，構(gòu)建了系列多功能精確耦合的微納超結(jié)構(gòu)碳材料，提出高效率、高 容量、高通量碳電極材料和功能組分的解決方案。

這其中就包括其建立的碳/碳和碳/非碳的多組分界面原位構(gòu)筑方法，提出了表面摻雜錨定金屬催化劑來高效形成碳/非碳耦合界面的新策略，實現(xiàn)了高通量的電 子輸運和電荷分離，解決了電催化應用中碳與催化劑間電子轉(zhuǎn)移阻抗大、利用率低的關鍵難題。