0D+1D＋2D原位共构–高效导电剂“烯构炭”的宏量制备与应用

和兴化工推出Li-H300“烯构炭”。通过乙炔连续热裂解，将细小碳节点、一维样延伸与二维层状碳域整合于同一碳骨架，以原位共构拓展多维接触路径，为高效导电网络的构筑提供新的材料选择。

一  高效碳传导网络的典型构筑方案

兼顾不同尺度的电子传输

锂离子电池电极中的电子传输涉及导电网络中的长程传输、活性材料内部的传输，以及导电剂与主材之间的界面传输。构筑高效碳导电网络，需要同时关注网络连接与局部接触。

不同维度的碳材料各有所长：0D颗粒有利于密集接触，1D结构可延伸跨越间隙，2D片层有利于扩大接触面积。通过多维度导电剂复配，可以发挥不同形态的互补作用。

图1  高效碳导电网络的典型构筑思路。相关文献出处见图中。

从多维复配走向原位共构

炭黑作为基础导电剂，具有物性稳定、性价比高等特点。复配CNT、VGCF或石墨烯等材料，有助于补充长程连接或面接触，也会增加分散步骤，并引入均一性、稳定性及界面方面的变量。

图2  不同维度导电材料的特点对照，为典型特点的概括性比较。

由此，一个值得探索的问题是：能否把多种接触路径整合到同一碳骨架中，减少二次复配的不确定因素？H300“烯构炭”的开发，正是围绕这一目标展开。

二  Li-H300的多维原位共构

从整体网络到局部结构

电镜从不同尺度展示了H300的颗粒节点、连接碳域与层状结构。整体网络与局部细节相互补充，为理解其多维形貌提供了直观依据。

图3  H300整体与局部形貌，展示整体网络与局部碳域。

图4  H300整体与局部形貌，依次展示100 nm、50 nm及20 nm比例尺下的结构。

开放网络与丰富的层状结构

H300原生粒径约18—20 nm，细小碳节点有助于增加与主材的潜在接触位点。开放支链与层状碳域提供多样的接触路径，也为电解液容纳提供结构空间。

图5  开放网络与类石墨烯形貌，结合SEM与TEM观察。

弯曲碳层跨越颗粒颈部

进一步观察颗粒之间的连接区域，可见弯曲碳层跨越颗粒颈部，呈现局部连续连接的形貌。图中的标线沿局部碳层走势绘制，帮助读者辨认颗粒节点之间的连接关系。

图6  跨越颗粒颈部的弯曲碳层，黄色标线指示局部碳层走势。

一维样延伸提供跨间隙连接线索

在部分局部视野中，可以观察到一维样延伸与桥连。图中所标注的局部长度约为32—52 nm，为跨间隙连接提供了结构线索。

图7  一维样延伸及局部延伸尺度。

在同一碳实体中呈现多维接触拓扑

H300通过乙炔连续热裂解，在一次工艺中形成颗粒节点、连接碳域与层状骨架。0D细小节点提供接触位置，1D样桥连跨越局部间隙，2D样自由边缘丰富接触方式，共同构成多维接触拓扑。

该材料通过一次工艺实现多维共构，不依赖多种导电碳材料的后续物理复配，也不主动加入Fe、Co、Ni等金属催化剂，以减少相应残留来源。结构设计与纯净度控制相结合，是和兴持续推进的产品开发方向。

图8  同一视野中的细小碳节点、一维样窄化桥连及二维样自由边缘。

活化后仍可追踪层状骨架

在H300活化产品中，仍可观察到颗粒状碳域、一维样延伸与片状碳域；局部高分辨图像显示，层状碳骨架及部分跨颈连接仍可辨认。这为在调节孔结构的同时保留连接骨架、开发高比表面积产品提供了形貌依据。

图9  H300活化产品的形貌。上图为100 nm标尺的结构标注视野；下方两图为20 nm标尺的局部层状碳域。

三  Li-H300的物性与应用优势

理化指标呈现材料的综合特征

本次样品测试中，H300的BET比表面积为295 m²/g，DBP吸收值为393 mL/100 g，盐酸吸液量为5.5 mL/g。与参比样品相比，H300在较低BET下保持相近的DBP吸收值，同时呈现较高的视比容和盐酸吸液量。水分、灰分及铁含量等测试结果也体现了本次样品的纯净度特征。

图10  H300与参比样品的理化指标。

较小粒径增加潜在接触节点

以40 nm颗粒为参照，在球形、等密度、等碳体积模型下，18—20 nm颗粒的数量约为其8—11倍，几何外表面积约为其2.0—2.2倍。较小原生粒径为密集接触提供了几何基础，实际有效接触还受分散与加工条件影响。

图11  粒径与颗粒数量、几何外表面积的模型比较。

孔径分档揭示面积分布的不同

DFT孔径分档显示，H300的微孔面积占比明显较低。按大于5 nm孔径统计，H300与参比样品的累积面积分别为138.0 m²/g和183.4 m²/g，差距小于总面积的差距，体现了两者面积分布的不同。

图12  按孔径分档的DFT累积面积。

HRTEM与拉曼支持局部碳域有序性

高分辨透射电镜展示了H300及参比材料的局部碳层形貌。拉曼对照中，H300呈现清晰的2D峰和相对较窄的D、G峰，与电镜观察共同支持其局部碳域具有较好的有序性。

图13  H300、SP与Ref.的HRTEM对照。

图14  H300与Ref.的拉曼光谱对照。

PP基体中的电逾渗表现

在聚丙烯（PP）体系中，分别考察H300系列样品的电逾渗曲线，以及H300与参比样品的对照表现。测试显示，H300与Ref.呈相近的电逾渗趋势。

图15  H300系列在PP中的电逾渗表现：左为系列样品，右为H300与Ref.对照。

LFP体系兼顾循环与倍率表现

在本次磷酸铁锂（LFP）半电池测试中，H300循环表现良好，较高倍率下的放电表现优于参比样品。测试采用CR2032半电池，LFP∶导电剂∶PVDF＝94.8∶2.2∶3，面密度120 g/m²，压实密度2.2—2.3 g/cm³。

图16  LFP半电池倍率放电与常温1C/1C循环结果。

NCM体系同样呈现倍率优势

在本次三元正极（NCM）半电池测试中，H300循环表现与参比样品相当，较高倍率下同样呈现放电优势。测试采用CR2032半电池，NCM∶导电剂∶PVDF＝97∶1∶2，面密度180 g/m²，压实密度3.4—3.5 g/cm³。

图17  NCM半电池的倍率与循环表现。

四  公司与产品体系

六十二年积累支撑新品开发

和兴始建于1964年，自1967年开始生产乙炔法导电炭黑，现有年产能5万吨，是相关国家标准的起草、主编单位。长期积累的连续生产、规模制造与研发经验，为高性能导电炭黑新品开发提供了支撑。

和兴坚持诚信、勤勉、客户至上，重视稳定及时供货、价格相对稳定与客户服务。

图18  公司建设形象及管理、评价体系展示。

全品类供应与定制化生产

和兴已形成覆盖低、中、高及超高比表面积区间的产品组合，并可在一定范围内调节压缩吸油值（cDBP），满足不同应用的选型与定制需求。烯构炭H300的推出，进一步丰富了高性能导电材料的选择。

图19  和兴产品体系及典型指标。

持续推进产能与高性能新品规划

按照产品发布资料中的规划，和兴将自2026年起逐步新增10万吨乙炔黑产能，推动成熟产品持续降本，并重点开发高、超高比表面积及不同cDBP水平的新品，服务新能源产业与电芯技术进步。

图20  产能与产品规划。图中未来年份及规划项目为目标安排，并非已建成产能。

从多维接触路径的原位整合，到连续宏量制备与应用验证，H300“烯构炭”承载着和兴对高性能导电材料的持续探索。和兴将围绕产能、质量与品类建设，携手客户推进产品评价与定制化开发。

注：数据来源为和兴2026年10月产品技术报告；Ref.为参比样品标识。数据对应所列样品与测试条件，实际应用表现与配方及加工条件有关。产能规划为目标安排，并非已建成产能。