尽管碳基材料在锂离子电池领域已商品化,但石墨材料很难与钠形成石墨层间化合物,文献表明只有使用醚类电解液才能将石墨用作钠电负极。因此,钠离子电池硬碳负极材料成为近年的研究热点。2000年,Stevens和Dahn提出硬碳能够储锂/钠,与储锂机制相似,储钠机制可总结如下:(1)石墨层间的脱嵌,(2)缺点乱层结构的存储,(3)表面的吸附以及(4)纳米孔的填充。基于以上储钠机理,大量研究工作对硬碳材料进行改性以提高其电化学性能,如优化煅烧温度,扩大层间距和增大比表面积。此外,掺杂杂原子(N、S和F等)以加强Na的吸附容量和电子导电性,是提升储钠容量的有效手段。然而,碳负极通常有两个特征,比表面积高且电压平台高,导致极易生成过量的固体电解质界面膜(SEI膜),产生过高不可逆容量并限制了其产业化发展。
软碳和硬碳主要用于描述聚合物热解制备的碳材料,在热解过程中,一些碳原子重构成二维芳族石墨烯片。济南硬碳诚信经营
此外,日本吴羽化工于2011年12月14日宣布,已与可乐丽(Kuraray)就共同开展锂离子充电电池负极材料业务达成协议。吴羽将和可乐丽旗下的可乐丽化学合资成立采用植物原料的硬碳“BioCarbotoron”制造子公司,BioCarbotoron的生产工厂将在可乐丽化学位于日本冈山县备前市的生产基地内投资15~20亿日元建设。
双方计划在2013年构筑起年产1,000吨硬碳负极的生产装置,并在2015年之前再引进具备年产3,000吨硬碳负极的生产设备,以达成可年产4,000吨硬碳负极的装置。原料有望采用压榨棕榈油后剩下的油棕榈渣。吴羽目前在福岛县磐城市已建成了年产1,000吨硬碳负极的生产线,并计划在2015年之前将产能扩充至4,000吨。因此,2015年可以供应**多8,000吨/年的锂离子电池用硬碳。
杭州硬碳厂家实力雄厚常见的硬炭有树脂碳(如酚醛树脂和聚糠醇等)、有机聚合物热解碳(如PFA、PVC、PVDF和PAN等)和炭黑等。
硬炭类负极材料由于其特殊的储锂机理以及优异的安全性、倍率特性和低温性能而备受关注,特别是针对车用动力锂离子电池领域,硬炭材料有其独特的优势。硬炭的微孔结构有利于锂离子的运动,可以快出快充,对功率型应用十分有利。锂离子电池负极材料在很多的程度上决定了电池的安全性、循环寿命和能量密度,因此新型硬炭负极材料的开发将会给锂离子电池材料体系的选择提供了更多的组合。
硬炭是指难石墨化碳,是一类以高分子聚合物为前驱体经高温热解得到的碳材料,一般是在1000℃左右热解树脂制备得到,这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化。硬炭可逆比容量比石墨高,一般为500-700mAh/g。常见的硬炭有树脂碳(如酚醛树脂和聚糠醇等)、有机聚合物热解碳(如PFA、PVC、PVDF和PAN等)和炭黑等。与石墨相比,硬炭具有更大的层间距和更丰富的孔隙结构(图1),具有较好的低温倍率性能和优异的电解液兼容性,使其成为动力电池相当有潜力的负极材料。硬炭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。
锂电池硬碳负极材料的倍率性能被低估
风能、太阳能等可再生能源的充分利用依赖于低成本大型储能技术的发展。钠离子电池和锂离子电池具有相似的原理及生产流程,,近年来得到了关注。无论是锂离子电池还是钠离子电池,倍率性能都是评价其性能的关键指标。目前,钠离子电池正极材料的研发已经取得了重要进展。然而,对于负极而言,应用于锂离子电池中的石墨负极在钠离子电池中没有电化学性能。
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比较好的。由于该材料具有较高的容量、稳定的循环性能以及前驱体取材,将在未来钠离子电池商业化中起到重要的作用。近年来,随着不同前驱体、不同结构以及掺杂等技术的研究,硬碳负极材料的性能得到了进一步的提升。
在锂离子的嵌入过程中自由能变化小 , 反应高度可逆。
长期以来,学术界对于硬碳材料在钠离子电池中的低倍率性能几乎达成共识,并认为这是由材料自身的结构决定的。学术界采用半电池体系对电极材料进行评价,该方法在硬碳材料的评价上并未受到质疑。然而,我们在前期对于钠离子电池的一些研究中发现,在半电池体系中,钠片作为对电极在高电流下的极化现象。考虑到硬碳材料接近钠金属标准氧化电位的低电压充放电平台,我们假想半电池中钠片的过电位会掩盖硬碳材料的高倍率性能。因此,我们采用了三电极体系对硬碳材料进行了评价。
硬碳是高分子聚合物的热解碳,这类碳在3000℃的高温也难以石墨化。舟山硬碳专业团队
硬炭是指难石墨化碳,是一类以高分子聚合物为前驱体经高温热解得到的碳材料。济南硬碳诚信经营
硬碳(HardCarbon)是指石墨化碳,是高分子聚合物的热分解产物,具有较高的可逆比容量,一般为500~700mAh/g。硬碳作为锂电池负极材料结构稳定,充放电循环寿命长,并具有良好的倍率性能,可以满足电动车锂电池大功率充放电的要求。此外,硬碳与碳酸丙烯酯(PC)基电解液的兼容性优于石墨。
硬碳表面是疏松多孔结构,易吸附空气中水分与氧气,在表面形成各种C-H官能团,锂离子能与这些官能团反应,造成锂离子的损耗,提高了不可逆容量,降低了***效率。硬碳负极材料的改性可以有效提升其电化学性能。
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