中国粉体网讯 炭材料是储能电池的主要负极材料之一，可分为石墨类材料和无定形炭等，具有结构多样、资源丰富、成本低廉和环境友好等优点。
石墨分为人造石墨和天然石墨。
天然石墨具有储量大、成本低、安全无毒等优点。但天然石墨的颗粒外表面反应活性不均匀，晶粒粒度较大，在充放电过程中表面晶体结构容易被破坏，存在表面SEI膜覆盖不均匀，导致初始库仑效率低、倍率性能不好等缺点。
人造石墨是以无烟煤、焦炭或石油焦为原料，按照一定的比例加入煤焦油和沥青，进行挤压后，隔绝空气高温煅烧所得。其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广。石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物，是人造石墨的主要原材料，按其热处理温度的不同分为生焦和煅烧焦；针状焦是一种具有明显纤维状结构的优质焦炭，在平行于颗粒长轴方向上具有导电导热性能好，热膨胀系数小等优点且易于石墨化；沥青是煤焦油深加工的主要产品之一，在石墨生产过程中中作为粘结剂和浸渍剂使用。
无定形炭，包括软炭和硬炭，前驱体来源广泛、成本低廉，具有可持续发展的潜力，展现了出众的实用化优势。
制备硬炭材料的前驱体常见的有生物质、合成聚合物和化石燃料等，不同前驱体制备的硬炭材料具有显著的性能差异，由于前驱体原料来源不同，硬炭材料成本构成也有显著差别。其中，生物质的原材料来源广泛，如椰壳、果壳、柚子皮、动植物组织等，成本相对较低，成为当前制备硬炭材料的首选。合成聚合物主要包括酚醛树脂、聚丙烯腈等化学合成材料，其电化学性能好、原料可控、产品一致性好，但成本较高。化石燃料主要包括沥青、煤焦油及相关混合物，原料来 源广泛成本低，但产品容量较低，由于沥青等含有的挥发性物质较多，在生产过程中需要进行额外的废气、废水处理，因此增加了生产成本。
制备软炭材料的前驱体主要包括石油化工原料及其下游产品，如煤、沥青、石油焦等。以石油焦制备的软炭材料，其曲线呈斜坡状，储钠比容量非常有限，所以需要开发其他高性能的软炭材料应用于钠离子电池。为了提升软炭的可逆储钠容量，可以对软炭的微观结构进行修饰，例如扩大石墨微晶层间距或者构造微孔结构，从而有效抑制体积变化，还可以为Na+扩散提供路径，提高倍率性能与库伦效率。
多孔炭按照孔径大小可分为三种类型，微孔（孔径小于2nm）炭、中孔（孔径在2~50nm之间）炭和大孔（孔径大于50nm）炭。多孔炭材料的制备方法和前驱体的选择直接决定了其性能及使用范围。在过去的几十年里，人们在纳米多孔炭的孔径、表面化学和结构等方面进行了大量的协同设计和调控。聚合物结构丰富，通过炭化不同结构的聚合物制备多孔炭材料是目前多孔炭材料的研究热点之一。
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10月25-26日在东莞举办第二届先进负极材料技术与产业高峰论坛。届时，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员苏方远将作题为《面向电化学储能的炭材料技术开发及工程化》的报告。报告结合研究团队在生物质、煤、沥青等前驱体制备各种电化学储能炭材料方面的研究工作，阐述硬炭、软炭、多孔炭、人造石墨等的研发进展及所面临的科学及技术问题，展望储能炭材料的发展方向。
专家简介：
苏方远，博士生导师，研究员。主要从事储能炭材料制备、构效关系解析及器件服役行为研究工作。近5年来在Adv. Energy Mater.，ACS Energy Lett.，Energy Storage Mater.等刊物发表SCI论文20余篇，授权专利9项。主持及参与了包括国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院、山西省以及国际合作在内的10余项科研项目，涉及超级电容器、锂离子电池、钠离子电极及锂硫电池等。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、超级电容产业联盟青年理事、IEC工作组专家。
参考来源：
杨涵等. 面向实用化的钠离子电池炭负极：进展及挑战
吴权等. 钠离子电池炭负极材料的研究进展
科技日报 | 硬炭负极材料成就储能“新秀”？
先丰nano | 4类用于锂电负极的新型炭纳米材料
王九洲等. 三维多孔炭制备及在电容器中应用
（中国粉体网编辑整理/苏简）
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