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。
具有较好的低温倍率性能和优异的电解液兼容性。辽宁硬碳专业团队
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。
南京硬碳产品区分鉴别方法硬碳材料是一种良好的钠离子电池负极材料,有高的克比容量,是一种快充负极材料,用于高倍率快充锂钠电池。
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。
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。
锂离子具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求。
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。
无记忆效应等众多优点。正规硬碳值得信赖
硬碳是指难硬炭化的碳,具有较高的可逆比容量。辽宁硬碳专业团队
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。
辽宁硬碳专业团队
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