Aplicación del asfalto en materiales de ánodo

2025-03-26

El grafito, que se utiliza como material de ánodo comercial, cada vez es menos capaz de satisfacer la creciente demanda de materiales de ánodo de alta capacidad debido a su capacidad teórica limitada. Si se utiliza betún como precursor de carbono para el ánodo de baterías de iones de litio, no solo se puede lograr la utilización de alto valor añadido del betún, sino que también se pueden proporcionar nuevos métodos y exploraciones para mejorar el rendimiento electroquímico de los materiales de ánodo.

Li P et al. utilizaron partículas de óxido de magnesio nano como plantilla y betún petrolero como fuente de carbono. Después de la dispersión ultrasónica en fase líquida, fueron tratados a alta temperatura de 800 °C durante 1 hora bajo protección de nitrógeno, y la plantilla se eliminó mediante decapado para preparar estructuras huecas ultradelgadas con una estructura hueca única. Concha de Carbono Poroso (PACS). Debido a las láminas ultradelgadas y la estructura porosa jerárquica, PACS proporciona más sitios activos para el transporte de iones, con una capacidad reversible de 334 mAh g-1 después de 1,000 ciclos a una densidad de corriente de 1 A g-1 y una retención de capacidad del 90%.

Durante la preparación, el entrecruzamiento es promovido por la introducción de oxígeno en el aire, lo que evita la coalescencia del asfalto de bajo punto de ablandamiento en la emulsión y no requiere un tratamiento posterior para estabilizar su morfología esférica. Cuando se utiliza como material de electrodo negativo para baterías de iones de litio, las capacidades en gramos del PCB son de 373.6 mAhg-1 y 125.8 mAhg-1 a densidades de corriente de 0.05 Ag-1 y 5 Ag-1, respectivamente. Las capacidades son de 316.1 mAhcm-3 y 106.4 mAhcm-3, respectivamente.

El material de carbono basado en asfalto puede utilizarse como electrodo negativo para mejorar el valor del asfalto, pero debido a la composición compleja del asfalto, la capacidad del material asfáltico en sí no es alta; si se utiliza directamente como material negativo, necesita llevar a cabo un diseño de microestructura, y es difícil la producción en masa, y el costo es demasiado alto. Por lo tanto, el asfalto generalmente se utiliza como un material modificado en el proceso de producción para lograr una utilización de alto valor añadido del asfalto.

El recubrimiento de superficie es uno de los métodos más comúnmente utilizados para modificar materiales de ánodo en la industria actualmente. Este método forma una capa de carbono amorfo en la superficie de los materiales mediante carbonización en fase sólida, líquida o gaseosa para construir una "estructura de núcleo y caparazón". La "estructura de caparazón" de la superficie puede restringir y amortiguar efectivamente la expansión volumétrica o el daño estructural del centro activo del material de electrodo negativo, mientras que aumenta la compatibilidad con el electrolito y mantiene la estabilidad del material del electrodo.

El grafito como material de ánodo de la batería de iones de litio aún presenta muchos problemas, como en el proceso de carga y descarga, la incrustación y extracción de iones de litio conducen al deslaminado y destrucción de la estructura del grafito, la compatibilidad del grafito con el electrolito es deficiente y el coeficiente de difusión química de los iones de litio en el grafito es pequeño. Para resolver estos problemas, es necesario modificar el grafito. Como fuente de carbono común del grafito modificado, el asfalto ha sido ampliamente considerado por los investigadores.

El material de ánodo basado en hulla tiene algunas innovaciones en su estructura material y método de preparación, y la capacidad y el rendimiento de velocidad han logrado grandes avances en comparación con los materiales de ánodo basados en grafito, pero el fenómeno de histéresis del voltaje de carga y descarga es serio, la densidad de energía se reduce y es difícil de producir en masa; sin embargo, el mecanismo de modificación del recubrimiento de asfalto aún no está claro, y mejorar aún más las propiedades del material y mantener la consistencia de las propiedades de los materiales modificados aún no está claro. Hay un mayor margen para la mejora técnica.

Aunque el asfalto se utiliza ampliamente en la industria, la composición y estructura del asfalto son complejas debido a las variadas fuentes de materias primas de asfalto y las diferencias en la tecnología de procesamiento. Durante el proceso de producción, debido al largo tiempo de tamizado del asfalto crudo, la inestabilidad del proceso de tamizado conduce a un aumento de costos y baja consistencia en los productos terminados. Por lo tanto, el desarrollo de asfalto especial para materiales de ánodos de baterías de iones de litio y la detección rápida de asfalto también son el foco de los materiales modificados de ánodos de asfalto posteriores.