可乐丽拥有利用植物原料制造活性炭的技术,同时还在推进研发可用于锂离子充电电池的硬碳。不过,由于在电池材料方面缺乏经验,而且即使投产也没有针对电池厂商的销售网络,因此可乐丽在2011年初主动向已经开展硬碳业务的吴羽“抛出了合作的橄榄枝”。另一方面,虽然吴羽已经面向锂离子充电电池负极材料开展了以石油为原料的沥青类硬碳“Carbotoron P”业务,但一直没有涉足以植物为原料的硬碳业务。该公司期望采用植物原料后,“能够提供低成本产品,以及与以石油为原料的硬碳具有不同特性的产品”。吴羽化工希望今后在动力锂电池负极材料市场上获得20%的份额。
Bio Carbotoron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。计划在2015年之前引进具备3,000吨年产能的生产设备,确立可年产4,000吨Bio Carbotoron的体制。原料“有望采用压榨棕榈油后剩下的油棕榈渣”(可乐丽化学**董事社长岩胁伸夫)。
硬碳作为锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池负极材料结构稳定。温州正规硬碳
通过对人造石墨的常温和低温性能测试,发现了人造石墨低温性能不佳的问题,针对该问题制备了人造石墨-硬碳复合负极材料用来改善锂离子电池的低温性能。采用扣式电池对不同比例的人造石墨-硬碳复合负极材料进行性能测试,结果表明,加入硬碳材料对电池的低温性能有明显改善,其中硬碳:人造石墨=3∶7的材料在-20℃时2C倍率的脱锂(负极半电池中锂离子从人造石墨中脱出)比容量为283.5mAh/g,具有比较好的综合性能。
通过对制备的3Ah磷酸铁锂电池性能测试表明,在-20℃时,以0.2C电流放电,电池的低温循环性能优异;相对于使用人造石墨负极的电池,采用复合负极的电池的放电容量保持率提升了12.3%,且电池具有良好的常温倍率性能和低温循环性能。电化学性能的测试结果表明该复合负极低温和倍率新能优异,具备良好的应用前景。
销售硬碳供货厂硬碳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。
根据碳原子排列方式的不同,碳材料可分为石墨碳、软碳和硬碳3种。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,如果这些石墨烯片大致平行,在高温下则容易石墨化,这种碳被称为软碳;如果这些石墨烯片随机堆叠并通过边缘碳原子交联,高温下不能石墨化,这种碳则称为硬碳。通常来说,石墨碳和软碳具有高弹性,容易变形,但是强度较低;由于大量sp3-C引起的硬碳微观上乱层“纸牌屋”结构的存在,硬碳材料在机械强度和结构稳定性方面展现出极大的优势,但是本征性质较脆且易碎。如何将硬碳材料制备成超弹性块材是目前面临的一个挑战。
北京理工大学吴锋院士团队的吴川教授和白莹教授研究小组与美国阿贡国家实验室陆俊教授(共同通讯)在国际知名期刊AdvancedEnergyMaterials上发表了题为HighCapacityAnodes”的研究论文。该论文采用静电纺丝技术制备磷功能化的硬碳材料,这一材料比表面积低、电压平台也很低,能够得到较高的脱钠容量和能量密度,首周容量高达393.4mAhg-1,100周循环后容量保持率为98.2%。与N相类似,P也能够掺杂到碳中,作为给电子体使费米能级向导带偏移,但其原子半径明显大于N,很难实现真正意义上的掺杂即P很难进入并占据石墨的晶格位点,事实上,P更倾向于与C或O成键。在之前的研究中,美国俄勒冈州立大学的纪秀磊等曾采用传统的蔗糖燃烧法合成P掺杂的硬碳(并证实P是以POx的形式存在。吴锋团队在Adv.EnergyMater.的这项工作中采用静电纺丝法制备前驱体,再经过高温煅烧得到硬碳材料,这一方法保证了P混入的均匀性并得到特殊的类“蜂窝煤”形貌;为深入理解磷功能化硬碳材料的储钠机理,研究团队还基于密度泛函理论(DFT),采用***性原理计算了P对Na的吸附能以及态密度(DOS),表明磷功能化硬碳材料表现出的超高比容量主要是由于磷在石墨层间形成的P=O和P-C键增强了Na的吸附。
在表面形成各种C-H官能团,锂、钠、钾离子能与这些官能团反应。
现在工业上广泛应用的是人造石墨,但其372mAh/g的容量过低.越来越不能满足要求,而且脆弱结构会导致很有限的稳定性,对电解液也高度敏感。
因而,人们把注意力转移到其他碳材料上,例如软碳、硬碳。硬碳以其无规排序所具有的较高容量、低造价和优良循环性能引起了人们的极大兴趣。Sony公司3于1991年开发了使用聚糠醇(PFA)热裂解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池。但是其不可逆容量过大,放电电压过高导致放电充电曲线滞后。
硬碳具有嵌钮容量大,造价低,循环寿命长等优点,是制备高安全性锂离子电池负极潜 在的优良材料。介绍了硬碳材料的结构、特,性及其用途,并综述了硬成材料改性的研究发展。
硬碳可逆比容量比石墨高,一般为500-700 mAh/g。温州硬碳原理
硬碳有利于锂离子的扩散,该特性能够改善电池的低温和倍率性能。温州正规硬碳
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。
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