硬碳具有高容量,优异的倍率特性和良好的低温性能,成为电动车电池相当有潜力的负极材料.综述了硬碳材料的研究和应用进展,指出任意堆积的石墨烯层结构决定了硬碳材料的性能;原材料和制备工艺会影响硬碳材料的规模化生产质量和应用,随着电动汽车产业的兴起和硬碳材料应用的增长,其相关应用研究将成为热点。
为了适应新能源车的发展,快速充电和大倍率放电的锂离子动力电池成为研究和开发的热点,其中电池正负极活性物质材料的选择尤为重要。目前,锂离子电池的负极材料主要是石墨,原因在于其导电性好,可逆比容量可达300mAVg以上,但石墨材料的结构稳定性差,与电解液的相容性差且由于其有序层状结构中的扩散速度慢,导致该材料不能大倍率地充放电,因而研究人员开始关注硬碳材料的开发。
硬碳是难以石墨化的碳,为高分子聚合物的热解碳,它具有相互交错的层状结构可以从各个角度嵌入和脱出,**提高了充放电的速度,其低温性能也较石墨材料有明显的改善.而且硬碳材料往往具有高的可逆比容量,因此硬碳材料更适用于汽车动力电池的负极材料。 高倍率性能,可承受大电流充放电,即快速充电及大电功率放电。青岛硬碳厂家哪家好
锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。负极材料是锂离子电池储存锂的主体,使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。锂电池充电时,正极中锂原子电离成锂离子和电子,并且锂离子向负极运动与电子合成锂原子。放电时,锂原子从石墨晶体内负极表面电离成锂离子和电子,并在正极处合成锂原子。
锂电负极**产品突破10万元/吨,中端产品价位在7-8万元/吨,低端产品徘徊于3-4万元/吨,价格涨幅比较高达40%。
根据产品类型和工艺的不同,每款锂电负极材料涨价水平差异很大。比如针状焦类人造石墨涨幅在1-2万元/吨,石油焦类人造石墨涨幅在1800-2000元/吨,天然石墨涨幅在3000-4000元/吨。
锂电负极材料一反过去几年降价常态,呈现涨价的原因是多方面的,一方面是原材料及石墨化加工价格上涨,由于国家环保督查小组对石墨化工厂进行严格管控,不少企业被强制关停,负极材料企业的石墨化加工费上涨4000-5000元/吨。
官方硬碳厂家实力雄厚使其成为动力电池相当有潜力的负极材料。
降低蔗糖热裂解前除水温度的方法
除水工艺是指在150〜180。时对粗糖加热除水的工艺。这一预处理过程除去了糖中绝大多数水,并使后续的裂解产率提高,产品提纯方便。BuielE等「边发现,在175'C、155"C、140C分别对粗糖加热处理后于1050'C裂解后制得的硬碳电极其不可逆容量分别约为50mAh/g、40mAh/g和30mAh/go说明降低蔗糖热裂解前的除水温度能不同程度的降低不可逆容量。
CVD法包翟硬碳改性
CVD法即化学气相沉淀法。EdwardBuiel等「⑵提出在高于700C的温度的乙烯气氛中,在硬碳表面沉积碳可以改良硬碳表面,使不可逆容量由超过150tnAh/g下降到不足70mAh/go电化学测试显示,在乙烯气氛中热裂解后制得的硬碳负极,其可逆容量与真空气氛中裂解所得的硬碳几乎相等(516mAh/g:511mAh/g)oIsaevI等取也采取了CVD法对硬碳进行了改性。所不同的是在翻气(80ml/min)与甲苯的混合气中,以1000°C裂解温度对硬碳进行了改性。发现随着实验的进行,微孔已部分被CVD法沉降的碳关闭,只有锂离子可以循环嵌入微孔中。
日本住友电木开发出了用于高输出用途锂离子充电电池负极的硬碳材料。该硬碳属于耐热性和阻燃性都很高的苯酚树脂类材料。住友电木开发的硬碳的晶粒特点是:粒径为数个μm,结晶间距离约为4埃(4×10-10m),大于石墨的约3.4埃。作为负极材料使用时,便于锂离子进出,在-20℃的低温环境下与石墨相比可将单元电阻降低20~30%。
中国的杉杉科技等企业也在积极开发用于HEV的硬碳负极材料产品并有所成就。其硬碳材料产品(HCP)采用推荐的沥青原料,与添加剂混合进行交联处理等工序,前驱体经高温炭化制得具有难石墨化性的硬碳材料。当硬碳表面包覆致密的沥青热解炭后,表面的微孔被堵住,硬碳表面官能团**地减少,从而降低了不可逆容量损失,提高***效率。
充放电循环寿命长,并具有良好的倍率性能。
硬碳材料而言,此测试体系并不能完全展示出硬碳材料的特性。这是由于硬碳材料一半以上的容量是来自低电压的平台部分(~0。05Vvs。Na+/Na),在钠离子嵌入(放电)过程中,尤其是高电流条件下,钠金属上的过电位会造成钠离子嵌入的提前结束,从而造成其在高电流下较低的容量。这就可能掩盖了硬碳自身可能具有较高的倍率性能。因此,纪教授团队采用三电极测试体系对硬碳材料的倍率性能进行了评价,并发现在1C(250mA/g)的电流下,容量由传统半电池中的118mAh/g提高到186mAh/g。
锂离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电源。苏州销售硬碳
硬碳的良好的倍率性能使得它在电动车以及混合电动车上面受到了关注和小范围的使用。青岛硬碳厂家哪家好
锂电池硬碳负极材料的倍率性能被低估
硬碳材料,也被称为不可石墨化无定形碳,是目前众多负极材料中综合性能较好的。
通过硬碳材料在三电极体系中的充放电曲线可以清晰地看到,钠片对电极的电位在充放电过程中有着较大的极化现象,并随着充放电电流的增大而提高。该极化现象在传统半电池体系中将会造成钠离子嵌入硬碳的提前终止。由此造成的容量损失在10C的电流下,可占其总容量的57%。这一发现揭示了硬碳材料本身在钠离子电池中具有较好的倍率性能,有益于硬碳材料的发展和商业化。
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