天岳先进“三层盔甲”专利：给膨胀的硅负极穿上防护服

　　12月5日，国家知识产权局公布的专利显示，碳化硅衬底龙头企业山东天岳先进科技股份有限公司提交了一份名为“一种充放电低膨胀球形硅碳复合负极材料及其制备方法”的专利申请。

　　这项专利试图用一种精密的“三明治”结构，为脆弱的硅颗粒穿上抵御膨胀的“盔甲”。

　　跨界入局

　　天岳先进并非电池材料的传统玩家。这家成立于2010年的公司，核心身份是专业从事碳化硅半导体材料研发与生产的科技型企业。

　　作为两市唯一实现“A+H”双上市的碳化硅衬底企业，其产品广泛应用于5G通信、人工智能、新能源和光伏储能等领域。

　　半导体材料与电池材料在底层科学上存在交集。天岳先进凭借在晶体生长、材料纯化与结构控制方面积累的深厚经验，跨界进入硅碳复合负极这一热门赛道。

　　专利核心：精密的三层结构

　　天岳先进的专利提出了一种类似“俄罗斯套娃”的精巧结构，试图从物理空间上为硅的膨胀预留并约束空间。

　　专利描述的材料以球形多孔碳为内核，其平均粒径被严格控制在5至10微米之间。在这个内核的内部，设计有闭孔，其体积被限定在孔容的0.5至0.9倍。

　　在这些孔隙中，沉积了质量为孔容数值0.1至0.932倍的硅原子。这个精确的数值范围，目的是确保有足够的硅提供高容量，同时又不至于过多而撑破载体。

　　无定形碳层构成了中间层，厚度仅为10至20纳米。它像一层柔软的衬垫，既能导电，又能提供第一道缓冲。

　　最外层则是厚度更薄的快离子体层，仅有1至5纳米。它的作用是优化锂离子进出表面的动力学过程，提升充放电速率。

　　缓冲原理：主动预留空间

　　这一设计的核心思路从“被动抵抗”转向“主动疏导”。

　　传统的碳包覆是给硅裹上一层紧身衣，膨胀应力集中，容易破裂。而天岳专利的“球形多孔碳内核加闭孔”设计，相当于在硅颗粒周围预先建造了一个带有空腔的坚固房间。

　　当硅在吸纳锂原子而膨胀时，膨胀力首先会向内部的闭孔空间释放。这个闭孔体积（0.5-0.9倍孔容）就是专门为膨胀预留的“安全气囊”。

　　中科院固体所团队的一项研究印证了类似思路的有效性，他们构建的分级孔隙结构被证明可以通过弹性变形来适应体积应变。

　　材料基础：另一项关键专利

　　要建造这样的精密结构，基础材料至关重要。就在今年11月，天岳先进还申请了另一项名为“一种适用于硅碳负极的球形树脂小球及球形多孔碳及其制备方法”的相关专利。

　　这项前期专利为上述复合负极提供了“骨架”。其中，球形多孔碳需要满足极其苛刻的指标：比表面积不低于1600 m2/g，耐压强度在200至600 MPa之间。

　　高比表面积确保了有足够的位置负载硅，而高耐压强度则保证了在电池极片的辊压加工过程中，这个多孔骨架不会轻易破碎。

　　专利中明确提到，该材料适用于锂离子电池、钠离子电池及其他储能领域。这表明其技术构想具备一定的平台化特性，不局限于单一的电池化学体系。

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