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为解决锂离子电池（LIBs）循环性能和高电流密度下倍率性能差的问题，研究人员开展生物质碳材料（BDCMs）作导电添加剂的研究。合成了具 3D 多孔掺氮框架的碳化松针（CPNs），其与商业乙炔黑（AB）组成的二元添加剂性能优异，为 BDCMs 应用提供新视角。
在能源存储领域，锂离子电池（LIBs）凭借高能量密度广泛应用于便携设备，但其循环性能欠佳、高电流密度下倍率性能不足，严重制约了进一步应用。提升电极材料的电子和锂离子（Li?）传导效率，对提高 LIBs 的能量密度和高倍率下的稳定性至关重要。目前，虽有构建纳米结构、使用导电材料、掺杂等多种改进策略，但开发高效导电添加剂仍是关键突破口。在此背景下，探寻兼具环境友好与高性能的新型导电材料成为研究热点。
为解决上述问题，国内研究人员开展了关于生物质碳材料（BDCMs）作为 LIBs 导电添加剂的研究。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。
研究人员以松针为原料，通过低成本、环保的热碳化工艺，成功制备了碳化松针（CPNs）。CPNs 具有分层多孔结构和丰富的官能团，其独特的三维（3D）多孔掺氮框架为电极材料提供了高效的电子和 Li?传输网络。
研究采用的主要关键技术方法包括：将松针经蒸馏水和乙醇清洗后，在 100°C 真空烘箱干燥 16 小时，切成 0.5cm 长的小段，取 2g 浸入 50mL 饱和 KCl 溶液中室温浸泡 24 小时，随后在 50°C 真空烘箱干燥，再置于真空管式炉中 800°C 碳化 4 小时，所得 CPNs 经 0.1M HCl 处理。
结果与讨论
- CPNs 制备机制：选用碱性金属氯化物 KCl 作为活化试剂，浸泡后松针表面布满 KCl，高温碳化时 K?与松针中的 C、O 反应生成 K?CO?，K?CO?热解为 K?O 和 CO?，HCl 处理使未热解的 K?CO?转化为 KCl、H?O 和 CO?，CO?逸出后形成多孔结构。
- 材料性能优势：与单一 CPNs 或商业乙炔黑（AB）相比，CPNs/AB 二元添加剂表现更优。CPNs 的大孔结构为电极材料提供支撑网络，有效抑制团聚，降低电极极化，增强循环稳定性；其丰富的氮掺杂和官能团为 Li?存储创造额外活性位点；3D 网络促进 Li?和电子转移；增加空位容纳 Li?，使电极材料具有超高可逆容量、优异循环稳定性和初始库仑效率（CE%），性能大幅超越商用 AB。
结论
该研究成功合成了具有分层多孔结构、高比表面积、丰富氮含量和官能团的独特 3D CPNs。CPNs/AB 二元导电添加剂具有四大优势，实现了锂离子的高存储和超快速转移。该工作为提高 LIBs 电极材料的可逆容量和倍率性能提供了简便有效的策略，为 BDCMs 作为导电添加剂在高性能电极材料中的实际应用提供了新视角，也为合理设计二元或多元导电添加剂奠定了基础。
