Application de l'asphalte dans les matériaux d'anode

2025-03-26

Le graphite, qui est utilisé comme matériau d'anode commercial, ne peut de plus en plus répondre à la demande croissante de matériaux d'anode à haute capacité en raison de sa capacité théorique limitée. Si le bitume est utilisé comme précurseur de carbone pour l'anode des batteries lithium-ion, cela peut non seulement réaliser une valorisation à forte valeur ajoutée du bitume, mais aussi fournir de nouvelles méthodes et explorations pour améliorer les performances électrochimiques des matériaux d'anode.

Li P et al. ont utilisé des particules de nano-oxyde de magnésium comme modèle et le bitume pétrolier comme source de carbone. Après une dispersion ultrasonore en phase liquide, ils ont été traités à une température élevée de 800 °C pendant 1 h sous protection azotée, et le modèle a été éliminé par décapage pour préparer des structures creuses ultra-minces avec une structure creuse unique. Coque de carbone poreux (PACS). En raison des lamelles ultraminces et de la structure poreuse hiérarchique, le PACS offre plus de sites actifs pour le transport d'ions, avec une capacité réversible de 334 mAh g-1 après 1 000 cycles à une densité de courant de 1 A g-1 et 90 % de rétention de capacité.

Lors de la préparation, le réticulation est favorisé par l'introduction d'oxygène dans l'air, ce qui évite la coalescence du bitume à faible point de ramollissement dans l'émulsion et ne nécessite pas de post-traitement pour stabiliser sa morphologie sphérique. Lorsqu'il est utilisé comme matériau d'électrode négative pour les batteries lithium-ion, les capacités grammes des PCB sont de 373,6 mAhg-1 et 125,8 mAhg-1 à des densités de courant de 0,05 Ag-1 et 5 Ag-1, respectivement. Les capacités sont de 316,1 mAhcm-3 et 106,4 mAhcm-3, respectivement.

Le matériau en carbone basé sur l'asphalte peut être utilisé comme électrode négative pour améliorer la valeur de l'asphalte, mais en raison de la composition complexe de l'asphalte, la capacité du matériau d'asphalte lui-même n'est pas élevée; s'il est utilisé directement comme matériau négatif, il doit être soumis à une conception de microstructure, et sa production en série est difficile, et le coût est trop élevé. Par conséquent, l'asphalte est généralement utilisé comme matériau modifié dans le processus de production pour atteindre une utilisation à forte valeur ajoutée de l'asphalte.

Le revêtement de surface est l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour modifier les matériaux d'anode dans l'industrie à l'heure actuelle. Cette méthode forme une couche de carbone amorphe à la surface des matériaux par carbonisation en phase solide, liquide ou gazeuse pour construire une « structure en noyau-coque ». La « structure en coque » de la surface peut efficacement contraindre et tamponner l'expansion de volume ou les dommages structurels du centre actif du matériau d'électrode négative, tout en augmentant la compatibilité avec l'électrolyte et en maintenant la stabilité du matériau d'électrode.

Le graphite en tant que matériau d'anode pour les batteries lithium-ion présente encore de nombreux problèmes, tels que, lors du processus de charge et de décharge, l'incorporation et le stripping des ions lithium entraînent un pelage lamellaire et une destruction de la structure du graphite, la compatibilité entre le graphite et l'électrolyte est faible, et le coefficient de diffusion chimique des ions lithium dans le graphite est faible. Afin de résoudre ces problèmes, il est nécessaire de modifier le graphite. En tant que source de carbone courante pour le graphite modifié, l'asphalte suscite un intérêt considérable de la part des chercheurs.

Le matériau d'anode à base de goudron présente certaines innovations dans sa structure matérielle et sa méthode de préparation, et la capacité et les performances de taux ont connu de grandes avancées par rapport aux matériaux d'anode à base de graphite, mais le phénomène d'hystérésis de tension de charge-décharge est sérieux, la densité énergétique est réduite et la production de masse est difficile ; toutefois, le mécanisme de modification du revêtement d'asphalte reste encore flou, et l'amélioration supplémentaire des propriétés matérielles et le maintien de la cohérence des propriétés des matériaux modifiés sont encore incertains. Cela laisse une plus grande marge pour l'amélioration technique.

Bien que l'asphalte soit largement utilisé dans l'industrie, la composition et la structure de l'asphalte sont complexes en raison des sources complexes des matières premières d'asphalte et des différences dans la technologie de traitement. Pendant le processus de production, en raison du long temps de criblage de l'asphalte brut, l'instabilité du processus de criblage entraîne une augmentation des coûts et une faible cohérence des produits finis. Par conséquent, le développement d'un asphalte spécial pour les matériaux d'anode de batteries lithium-ion et la détection rapide de l'asphalte sont également au centre des préoccupations concernant les matériaux d'anode modifiés par asphalte.