高性能多孔碳制备关键技术研发与示范

需求的背景和应用场景

当前，锂离子电池硅碳负极的产业化进程受限于多孔碳载体的供应与性能问题。国产多孔碳产品存在碳收率低、机械强度差、孔径分布单一等缺陷，导致硅沉积不均、循环失效，且多孔碳载体严重依赖进口，制约了硅碳负极的自主可控生产。高性能多孔碳作为硅碳负极的核心载体材料，其性能直接影响硅碳复合材料的比容量、首效及循环稳定性。本需求旨在开发具备高收率、高强度、分级孔结构的多孔碳产品，应用于锂离子电池硅碳负极的生产，解决国产多孔碳与硅沉积工艺不匹配的关键问题，推动硅碳负极的国产化与产业化，满足新能源汽车、储能等领域对高能量密度锂离子电池的需求。

要解决的关键技术问题

围绕高性能多孔碳自主可控目标，需攻克以下关键技术：

1. 多级孔道可控制备技术：以酚醛树脂为前驱体，通过分子设计、模板法或活化工艺调控孔径分布，实现微孔（60%-70%占比）与介孔双峰分布，总孔容≥1.5cm³/g，且（D90-D10）/D50≤0.7（孔径均匀性指标）。
2. 高强度碳骨架强化技术：优化碳化工艺与添加剂配方，提升单颗粒碳骨架抗压强度至≥600MPa，解决国产多孔碳机械强度差导致的循环失效问题。
3. 高收率量产工艺：开发从原料到成品的连续化制备流程，实现碳收率≥60%，降低生产成本，满足规模化生产需求。
4. 硅沉积工艺匹配性：通过孔结构优化（如介孔占比提升），改善硅沉积均匀性，确保硅碳复合材料比容量≥2000mAh/g、首效≥92%、循环800次容量保持率≥90%。

效果要求

1. 效益目标：实现高性能多孔碳的量产化，打破进口依赖，降低硅碳负极生产成本，提升国产锂离子电池的市场竞争力。
2. 竞争优势：产品性能需全面超越国产同类产品（碳收率、强度、孔结构），达到国际先进水平，满足高端锂离子电池对硅碳负极的严苛要求。
3. 创新性：通过多级孔道可控制备与强化技术的集成创新，解决介孔占比低、硅沉积不均等行业共性难题，形成自主知识产权体系（依托现有100余项核心专利），推动元氏装备制造（新能源汽车零部件与机械设备）产业集群的技术升级。