Нефтийн коксийг анодын материал болгон ашиглах тухай

2025-03-26

Лити ионы батерей нь дахин боловсруулагдах хүчин чадал хадгалах төхөөрөмж бөгөөд лити ионы хоёрдогч батерей гэдгээрээ танигдсан, эерэг электрод, сөрөг электрод, мембран болон цахилгаан шингэн системээс бүрддэг. Энэ төрлийн батерей нь бусад эх үүсвэрийн батарейтай харьцуулахад өндөр энергийн нягтрал, санах ойд нөлөөлөхгүй, өөрийгөө цэнэггүй болох үзүүлэлт багатай байдаг. Лити ионы батерейны анодын материалын агрегат нь голчлон хүний бүтээгдсэн графит болон байгалийн графитэд хуваагддаг. Хүний бүтээгдсэн графитийн түүхий эд нь голчлон тос болон нүүрсний хумс коксноос бүрдэнэ.

Сойзны нефтийн коксын доржелгий чанар өндөр, дулаан тэлэгдэх коэффициент бага, хоосон зай бага, хүчлийн холимог бага, үнс бага, металлын агууламж бага, өндөр гүйдэл дамжуулах чадвар, графитжуулахад хялбар зэрэг олон давуу талтай тул лити ионы батерейны өндөр чанартай анодын материал гэж үздэг.

Өндөр чанартай нефтийн кокс нь лити ионы батерейны анодын материал болгон ашиглагддаг бөгөөд ерөнхийдөө цэвэршүүлэх, бутлуурдах, ширхэгийн хэмжээ шалгах, графитжуулах, гадаргууг өөрчлөх зэрэг процессуудыг шаарддаг. Бүх процессын хугацаа харьцангуй урт бөгөөд эцсийн үр дүн ихээхэн хүчин зүйлсээс хамаардаг. Зарим хамгийн их санаа зовох зүйлс нь:
(1) Температурын дагуу нүүрсний бүтэц хэрхэн өөрчлөгдөх механизмыг;
(2) Анодын материалыг шинж чанар болон нүүрсний материалын бүтэц хоорондох холбоо;
(3) Лити ионы батерейны анодын материалын шаардлагыг хангах тохиромжтой нүүрсний материал байдаг уу?

1. Өндөр чанартай нефтийн коксийн дараах боловсруулалтын температур нь түүний гүйцэтгэлд хэрхэн нөлөөлөх вэ

Өндөр чанартай нефтийн коксийн дараах дулаан боловсруулалт нь хоёр үе шатад хуваагддаг: кальцийн болон өндөр температурын графитжуулалт. Кальцийн гэдэг нь 1500 хэмээс доош температурт кальцинжуулах процесс юм, харин өндөр температурын графитжуулалт гэдэг нь 3000 хэмийн орчимд явагддаг өндөр температурын боловсруулалтын процесс юм.
Хойшлуулах коксжуулах процессоор үйлдвэрлэгдсэн өндөр чанарын нефтийн кокс нь эргэх зууханд кальцинжуулж, нэвчилт, уур болон ус багасгаж, тээвэрлэх, хадгалахад илүү тохиромжтой болдог. Графитжуулах процессын үеэр графитжуулах температур нь өндөр чанарын нефтийн коксийн графитжах түвшинд нөлөөлөх гол хүчин зүйл юм.

700 ~ 1000 хэмийн хооронд, температур өндөр байх тусам нүүрсжүүлсэн дээжийн графитийн давхаргын зай жижигсэж, дээжийн бүтэцийн захиалал нэмэгддэг, энэхүү коксийг зөөлөн нүүрс гэж нэрлэж болно. Энэ температурт боловсруулсан дээжийн анхны багтаамж нь 340 мАч/гр графитын онолын багтаамжнаас илүү өндөр. Гэсэн хэдий ч, зүү хэлбэрийн нефтийн коксоор хийсэн лити ионы батерейны анодын материалаас тогтвортой цэнэглэх болон цэнэг гэсрэлийг авахад хүндрэлтэй байдаг.

2800 хэмд аккулаторын нефтийн кокс ба буталсан коксын графитжуулалтын дараа 40 удаагийн дахин цэнэглэх, цэнэг үүсгэх үеийн графитжуулсан аккулаторын нефтийн коксийн литийн багтаамж 301мАч/гр-т тогтвортой байж, графитжуулсан буталсан коксийнх нь тушаалтайгаар 240мАч/гр байхыг олж мэдсэн. Энэ нь аккулаторын нефтийн коксийн түүхий эд нь цэвэршүүлсэн, коксжуулах процессын явцад өргөн хэмжээний мезофаз үүсгэх боломжтой болсон учраас түлхүүр юм. Эцэст нь аккулаторын нефтийн кокс графитжихад хялбар бөгөөд графитжуулах түвшин өндөр байна.

2. Высококачественный нефтяной коксийн микро бүтэц ба литиум хадгалах механизм

(1) Зөөлөн нүүрстөрөгчөөр төлөөлөгдсөн литийн хадгалалтын механизмүүд нь графитийн микро кристал дахь давхаргын литийн хадгалалт, зөөлөн нүүрстөрөгчийн nano нүхсээр эсвэл ан цавуудаар литий хадгалалт, нүүрстөрөгчийн материалаас үүдэлтэй гад Surface defect эсвэл үлдэгдэл функционал бүлгүүдтэй Ли+ -ийн урвалаар үүсдэг хатуу электролит цуви (SEI) зэрэг олон төрлийн байдаг.

(2) Хиймэл графитээр төлөөлөгдсөн хоёр дахь төрөл нь голчлон литийн графитийн давхаргын хадгалалт бөгөөд, зөөлөн нүүрстөрөгчөөс дахин давж гарах хүчин чадал багатай байна.

Ерөнхийд нь авч үзвэл, графитжуулагч температуры финалын нөлөө нь өндөр чанартай нефтийн кokes болон бусад нүүрстөрөгчийн материалын дотоод бүтэц юм. Хэрвээ материалын дотоод бүтэц илүү эмх замбараатай, графитжуулахад хялбар бол финалын хэт хүчдэлийн хүчин чадал өндөр, давталтын үр ашиг илүү сайн байна. Гэвч өндөр графитжуулсан нүүрстөрөгчийн материалууд нь өндөр хүчин чадалтай, тогтвортой цэнэглэх-эцсийн платформтой боловч тэдний давталтын гүйцэтгэл болон бага температурын гүйцэтгэл муу байдаг. Энэ нь Ли+ графитийн давхаргад нэвтэрч, давхаргын графитийн холимог бодисыг үүсгэсэн үед, графитын давхарга өргөжиж, Ли+ шахагдах үед графит нь анхны байдалдаа буцаж байгаа явцад шахагдаж зангираар задрах боломжтой. Давтагдсан өргөжиж, багасахын явцад графитын давхаргын бүтэц амархан эвдрэх бөгөөд, уусгагчийн хамчныг хамтдаа болох боломжтой. Иймд, графитжуулах явцад өндөр чанартай нефтийн кokes зэрэг нүүрстөрөгчийн материалын графитжуулах төгсгөлийн төрөл байдлыг хянах, микро кристалуудын хооронд нөхцөлтэй бүтэц өвдөг гэх мэтч шаардлагатай байна.

3. Литийн ионы батерейны анод материалын хувьд зөөлөн нүүрстөрөгч

Энгийн литийн ионы батерейнаас ялгаатай нь, цахилгаан литийн ионы батерейнууд нь цэнэглэх хугацааг богиносгохын тулд илүү өндөр хурдны гүйцэтгэл, янз бүрийн ажиллах орчныг хангахын тулд сайн бага температурын гүйцэтгэл, батерейны хэмжээ багасгахын тулд их хүчин чадал, аюулгүй байдлыг хангахын тулд илүү сайн тогтвортой байдал шаардлагатай.
Зөөлөн нүүрстөрөгч анод материалын хувьд анх удаа бага үр нөлөөтэй бөгөөд тогтвортой хүчдэлийн платформгүй байна. Alcantara болон бусад судлаачид анхны циклын бага үр нөлөөг хоёр үндэслэлээр тайлбарлаж байна:
(1) Ли+ болон бага температурын алкальд нүүрсустөрөгчийн урвалаар үүсгэгдсэн буцааж болохгүй;
(2) Ли+ нүүрсний зааг дээр графитийн хэсгүүдээр буцаж нийлнэ. Анхны циклын бага үр дүнгээс гадна, давхрагын хоорондох зайнаас шалтгаалан, хүчдэл цэнэглэх болон цэнэг ихрэлт хийхийн зэрэгцээгээр хурдан суларч, электрод тогтвортой бус болно. Гэвч зөөлөн нүүрстөрөгчийн анод материалыг давуу тал нь баригдмал хүчдэл нь харьцангуй өндөр, богино долгионы үеийн улмаас литийн металлын туншаар настгалаас хамгаалж чадах юм. Мөн зардал нь бага, өндөр температурын графитжуулалт шаардлагагүй.

4. Дүгнэлт ба ирээдүй

Литийн ионы батерейны анод материалд тохирох нефтийн кokes S, O болон бусад гетероатомын агуулга бага, графитжуулалтанд хялбар, тохиромжтой ширхэгийн хэмжээний тархалт, жижиг гадаргын талбайтай байх шаардлагатай. Кальцижуулсан өндөр чанартай нефтийн кokes болон бусад зөөлөн нүүрстөрөгчийн материалууд нь бага температур болон хурдны гүйцэтгэлд онцгой сайн оролцох учраас литийн ионы батерейны анод материалын салбарт илүү анхаарал хандуулж байна, гэхдээ давталтын үр ашиг болон тогтвортой байдлын асуудлуудыг шийдвэрлэх шаардлагатай хэвээр байна.
Шатаалт ба графитжуулалтын явц нь өндөр чанартай газрын тосны коксийн дотоод бүтэцийг өөрчилж, улмаар электролит материал болгон анодын материалын цахилгаан химийн үзүүлэлтийг өөрчилж чадна. Гэвч графитжуулсан материал нь сайн эргэлт, томруулалт ба өндөр нягтын шинж чанаруудыг харуулахын тулд материалаар инженерчлэлийн аргаар шинэчлэх шаардлагатай хэвээр байна.
Байгалийн коксод тулгуурласан анод материалын хөгжилд дараах гурван чиглэл байна:
(1) Коксийн бүтэц болон түүний нөлөөлөх хүчин зүйлсийн талаар гүнзгийрүүлсэн ойлголттой болох, ингэснээр хамгийн их багтаамжтай, хамгийн өндөр гүйцэтгэлтэй литийн ионы батерейг зориулан захиалгаар боловсруулах зорилгод хүрэх;
(2) Шинэ композит кокс анод материалуудын хөгжил, худалдааны хэрэглээ;
(3) Шинэ нефть кокс анод материалуудын боловсруулалт, үүнд нефть коксод тулгуурласан нүүрстөрөгчийн нанонод материалыг үйлдвэрлэх, шинэ батерейны системд тохирсон шинэ кокс анод болон катод материалуудыг хөгжүүлэх орно.