음극 재료에서 아스팔트의 응용

2025-03-26

상업 음극 물질로 사용되는 그래파이트는 제한된 이론적 용량으로 인해 점점 더 증가하는 고용량 음극 물질 수요를 충족하지 못하고 있습니다. 피치를 리튬 이온 배터리 음극의 탄소 전구체로 사용하면 피치의 고부가가치 활용을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 음극 물질의 전기화학적 성능을 향상시키기 위한 새로운 방법과 탐색을 제공할 수 있습니다.

Li P 외는 나노 마그네슘 산화물 입자를 템플릿으로, 석유 피치를 탄소 원천으로 사용했습니다. 액상에서 초음파 분산 후, 질소 보호 하에 800도 고온에서 1시간 처리하고, 템플릿은 식염수로 제거하여 독특한 중공 구조를 가진 초박형 중공 구조를 준비했습니다. 다공성 탄소 쉘(PACS). 초박형 층과 계층적으로 다공성 구조 덕분에 PACS는 이온 수송을 위한 더 많은 활성 사이트를 제공하며, 1A/g의 전류 밀도에서 1000주기 후 334mAh/g의 가역 용량과 90%의 용량 유지율을 보입니다.

준비 과정에서 공기 중의 산소 도입으로 크로스링크가 촉진되어, 유제 내 저온 점착 아스팔트의 응집을 방지하고 구형 형태를 안정화하기 위한 후처리를 필요로 하지 않습니다. 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 사용될 때, PCB의 그램 용량은 각각 전류 밀도가 0.05 Ag-1일 때 373.6 mAhg-1, 5 Ag-1일 때 125.8 mAhg-1입니다. 용량은 각각 316.1 mAhcm-3 및 106.4 mAhcm-3입니다.

아스팔트 기반의 탄소 재료는 아스팔트의 가치를 높이기 위해 음극으로 사용될 수 있지만, 아스팔트의 복잡한 조성으로 인해 아스팔트 재료 자체의 용량이 높지 않으며, 음극 소재로 직접 사용하려면 미세구조 설계가 필요하고, 대량 생산이 어렵고 비용이 너무 높습니다. 따라서 아스팔트는 일반적으로 생산 과정에서 수정된 재료로 사용되어 아스팔트의 고부가가치 활용을 추구합니다.

표면 코팅은 현재 산업에서 양극 재료를 수정하는 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 고체상, 액체상 또는 기체상을 탄화하여 재료 표면에 비정질 탄소 층을 형성하여 “코어-쉘 구조”를 구축합니다. 표면의 “쉘 구조”는 음극 재료의 활성 센터의 부피 확장 또는 구조 손상을 효과적으로 억제하고 완충하며, 전해질과의 호환성을 증가시키고 전극 재료의 안정성을 유지합니다.

리튬 이온 배터리의 양극 재료로서의 흑연은 여전히 많은 문제를 가지고 있습니다. 예를 들어 충전 및 방전 과정에서 리튬 이온의 삽입 및 제거가 흑연의 층상 벗겨짐 및 구조 파괴를 초래하고 흑연과 전해질의 호환성이 떨어지며, 흑연 내 리튬 이온의 화학 확산 계수가 작습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 흑연을 수정할 필요가 있습니다. 수정된 흑연의 일반 탄소 공급원으로서 아스팔트는 연구자들로부터 광범위한 관심을 받고 있습니다.

피치 기반의 양극 재료는 재료 구조 및 제조 방법에서 몇 가지 혁신을 보여주며, 용량 및 속도 성능에서 흑연 기반 양극 재료와 비교하여 큰 돌파구를 이루었지만, 충전-방전 전압 히스테리시스 현상이 심각하고 에너지 밀도가 감소하며 대량 생산이 어렵습니다. 그러나 아스팔트 코팅의 수정 메커니즘은 여전히 불명확하며, 재료 속성을 더욱 개선하고 수정된 재료의 속성 일관성을 유지하는 것은 여전히 불명확합니다. 기술 개선의 여지가 더 큽니다.

비록 아스팔트가 산업에서 널리 사용되고 있지만, 아스팔트 원료의 복잡한 출처와 가공 기술의 차이로 인해 아스팔트의 구성 및 구조가 복잡합니다. 생산 과정에서 원유 아스팔트의 긴 선별 시간과 선별 과정의 불안정성으로 인해 비용이 증가하고 완제품의 일관성이 낮아집니다. 따라서 리튬 이온 배터리 양극 재료용 특수 아스팔트 개발 및 아스팔트의 신속한 검사는 후속 아스팔트 수정 양극 재료의 초점이기도 합니다.