Toepassing van asfalt in anodematerialen

2025-03-26

Grafiet, dat wordt gebruikt als commercieel anodemateriaal, kan steeds minder voldoen aan de groeiende vraag naar anodematerialen met hoge capaciteit vanwege de beperkte theoretische capaciteit. Als teer wordt gebruikt als koolstofvoorloper voor anodes van lithium-ionbatterijen, kan dit niet alleen de hoogwaardigere benutting van teer realiseren, maar ook enkele nieuwe methoden en verkenningen bieden voor het verbeteren van de elektrochemische prestaties van anodematerialen.

Li P et al. gebruikten nano-magnesiumoxide deeltjes als sjabloon en petroleumteer als koolstofbron. Na ultrasone dispersie in de vloeibare fase, werden ze behandeld bij een hoge temperatuur van 800 °C gedurende 1 uur onder stikstofbescherming, en het sjabloon werd verwijderd door te etsen om ultradunne holle structuren met een unieke holle structuur voor te bereiden. Porous Carbon Shell (PACS). Vanwege de ultradunne lamellen en de hiërarchisch poreuze structuur biedt PACS meer actieve sites voor iontransport, met 334 mAh g-1 na 1.000 cycli bij een stroomdichtheid van 1 A g-1, reversibele capaciteit en 90% capaciteit behoud.

Tijdens de voorbereiding wordt de kruisverbinding bevorderd door de introductie van zuurstof in de lucht, wat de coalescentie van de laag-smeltende asfalt in de emulsie voorkomt en geen nabehandeling vereist om de sferische morfologie te stabiliseren. Wanneer het wordt gebruikt als negatief elektrode materiaal voor lithium-ionbatterijen, zijn de gramcapaciteiten van PCB 373,6 mAhg-1 en 125,8 mAhg-1 bij stroomdichtheden van respectievelijk 0,05 Ag-1 en 5 Ag-1. De capaciteiten zijn respectievelijk 316,1 mAhcm-3 en 106,4 mAhcm-3.

Het op asfalt gebaseerde koolstofmateriaal kan worden gebruikt als de negatieve elektrode om de waarde van asfalt te verbeteren, maar vanwege de complexe samenstelling van asfalt is de capaciteit van het asfaltmateriaal zelf niet hoog. Als het direct als negatief materiaal wordt gebruikt, moet het microstructuurontwerp worden uitgevoerd, en het is moeilijk om massaproductie te realiseren, en de kosten zijn te hoog. Daarom wordt asfalt meestal gebruikt als een gemodificeerd materiaal in het productieproces om een hoogwaardigere benutting van asfalt te bereiken.

Oppervlaktecoating is een van de meest gebruikte methoden om anodematerialen in de industrie te modificeren. Deze methode vormt een laag amorfe koolstof op het oppervlak van materialen door middel van vaste fase, vloeibare fase of gasfase carbonisatie om een "kern-schaalstructuur" op te bouwen. De "schaalstructuur" van het oppervlak kan effectief de volumevergroting of structurele schade van het actieve centrum van het negatieve elektrode materiaal beheersen en bufferen, terwijl het de compatibiliteit met de elektrolyt vergroot en de stabiliteit van het elektrode materiaal behoudt.

Grafiet als anodemateriaal van lithium-ionbatterijen heeft nog steeds veel problemen, zoals in het proces van opladen en ontladen, waarbij de insluiting en afschilfering van lithiumionen leiden tot het afbladderen van de lamellen en de structurele vernietiging van grafiet, de compatibiliteit van grafiet en elektrolyt is slecht, en de chemische diffusiecoëfficiënt van lithiumionen in grafiet is klein. Om deze problemen op te lossen, moet grafiet worden gemodificeerd. Als een veelvoorkomende koolstofbron van gemodificeerd grafiet heeft asfalt veel aandacht gekregen van onderzoekers.

Het op pitch gebaseerde anodemateriaal heeft enkele innovaties in zijn materiaalsamenstelling en bereidingsmethode, en de capaciteit en snelheidsprestaties hebben grote doorbraken doorgemaakt in vergelijking met op grafiet gebaseerde anodematerialen, maar het fenomeen van spanningshysterese tijdens opladen en ontladen is ernstig, de energiedichtheid is verminderd en het is moeilijk om het op grote schaal te produceren; echter, het modificatiemechanisme van asfaltcoating is nog steeds onduidelijk, en het verder verbeteren van de materiaaleigenschappen en het handhaven van de consistentie van de eigenschappen van de gemodificeerde materialen is nog steeds onduidelijk. Er is een grotere ruimte voor technische verbetering.

Hoewel asfalt veelvuldig in de industrie wordt gebruikt, zijn de samenstelling en structuur van asfalt complex vanwege de complexe bronnen van asfaltgrondstoffen en de verschillen in verwerkings-technologie. Tijdens het productieproces leidt de lange zeefperiode van ruwe asfalt tot instabiliteit in het zeefproces, wat resulteert in hogere kosten en een lage consistentie van de eindproducten. Daarom is de ontwikkeling van speciale asfalt voor anodematerialen van lithium-ionbatterijen en de snelle detectie van asfalt ook de focus van de daaropvolgende gemodificeerde anodematerialen van asfalt.