Aplicação de Asfalto em Materiais de Ânodo

2025-03-26

O grafite, que é usado como material de ânodo comercial, está se tornando cada vez menos capaz de atender à crescente demanda por materiais de ânodo de alta capacidade devido à sua capacidade teórica limitada. Se o alcatrão for usado como precursor de carbono para ânodos de baterias de íon de lítio, ele pode não apenas realizar a utilização de alto valor agregado do alcatrão, mas também fornecer alguns novos métodos e explorações para melhorar o desempenho eletroquímico dos materiais de ânodo.

Li P et al. usaram partículas de óxido de magnésio nano como molde e alcatrão de petróleo como fonte de carbono. Após a dispersão ultrassônica em fase líquida, foram tratados a uma alta temperatura de 800 °C por 1 h sob proteção de nitrogênio, e o molde foi removido por decapagem para preparar estruturas ocas ultrafinas com estrutura oca única. Casca de Carbono Porosa (PACS). Devido às lamelas ultrafinas e à estrutura porosa em hierarquia, PACS fornece mais locais ativos para transporte de íons, com capacidade reversível de 334 mAh g-1 após 1.000 ciclos a uma densidade de corrente de 1 A g-1 e 90% de retenção de capacidade.

Durante a preparação, a reticulação é promovida pela introdução de oxigênio no ar, o que evita a coalescência do alcatrão de baixo ponto de amolecimento na emulsão e não requer tratamento pós-processamento para estabilizar sua morfologia esférica. Quando usado como material de eletrodo negativo para baterias de íon de lítio, as capacidades em gramas do PCB são 373,6 mAhg-1 e 125,8 mAhg-1 a densidades de corrente de 0,05 Ag-1 e 5 Ag-1, respectivamente. As capacidades são 316,1 mAhcm-3 e 106,4 mAhcm-3, respectivamente.

O material de carbono baseado em asfalto pode ser utilizado como eletrodo negativo para melhorar o valor do asfalto, mas devido à composição complexa do asfalto, a capacidade do material de asfalto em si não é alta; se for usado diretamente como material negativo, é necessário realizar o design da microestrutura, e a produção em massa é difícil, com custos muito altos. Portanto, o asfalto é geralmente utilizado como um material modificado no processo de produção para atingir a utilização de alto valor agregado do asfalto.

A cobertura superficial é um dos métodos mais comumente utilizados para modificar materiais de ânodo na indústria atualmente. Este método forma uma camada de carbono amorfo na superfície dos materiais por meio de carbonização em fase sólida, fase líquida ou fase gasosa para construir uma "estrutura de núcleo-casca". A "estrutura de casca" da superfície pode efetivamente restringir e amortecer a expansão volumétrica ou dano estrutural do centro ativo do material de eletrodo negativo, ao mesmo tempo que aumenta a compatibilidade com o eletrólito e mantém a estabilidade do material do eletrodo.

O grafite como material de ânodo de bateria de íon de lítio ainda possui muitos problemas, como no processo de carga e descarga, a inserção e remoção de íons de lítio levam ao descascamento lamelar e à destruição da estrutura do grafite, a compatibilidade entre grafite e eletrólito é pobre, e o coeficiente de difusão química do íon de lítio no grafite é pequeno. Para resolver esses problemas, o grafite precisa ser modificado. Como uma fonte comum de carbono para grafite modificado, o asfalto tem sido amplamente pesquisado por cientistas.

O material anódico à base de piche apresenta algumas inovações em sua estrutura material e método de preparação, e a capacidade e desempenho de taxa tiveram grandes avanços em comparação com materiais anódicos à base de grafite, mas o fenômeno de histerese de tensão de carga-descarga é sério, a densidade de energia é reduzida e é difícil de produzir em massa; No entanto, o mecanismo de modificação do revestimento de asfalto ainda não está claro, e melhorar ainda mais as propriedades do material e manter a consistência das propriedades dos materiais modificados ainda é incerto. Há um espaço maior para melhorias técnicas.

Embora o asfalto seja amplamente utilizado na indústria, a composição e a estrutura do asfalto são complexas devido às fontes complexas de matérias-primas de asfalto e às diferenças nas tecnologias de processamento. Durante o processo de produção, devido ao longo tempo de triagem do asfalto bruto, a instabilidade do processo de triagem leva ao aumento dos custos e à baixa consistência dos produtos acabados. Portanto, o desenvolvimento de asfalto especial para materiais de ânodo de baterias de íon de lítio e a detecção rápida do asfalto também são o foco dos materiais de ânodo modificados subsequentes.