制备高容量人造石墨的原料主要包括以下几类,并需通过精细加工和高温处理提升性能:
一、基础原料
骨料 - 针状焦:
高碳含量(约90%以上),是高比容量负极材料的首选原料,因其颗粒细小且分布均匀,有利于提高石墨化效率和比容量。
- 石油焦:成本较低,适用于普通比容量负极材料,但比针状焦的石墨化效果较差。
- 煤系/石油系混合焦:部分企业会混合使用以平衡成本和性能。
粘结剂 - 沥青:
常用作粘结剂,与骨料混合后通过高温处理形成强力的石墨化结构。
- 其他粘结剂:如无烟煤、合成树脂等,用于改善颗粒结合力。
二、添加剂
促进石墨化反应的添加剂 - 过渡金属化合物
(如镍、钴、锰等):添加至原料中可加速石墨化过程,降低温度,提高碳转化效率。
- 其他添加剂: 如EDTA、环烷酸等,用于改善颗粒形貌和分散性。功能强化添加剂
- 表面改性剂: 在石墨化后表面涂覆改性剂,可提高材料与电解液的兼容性,增强循环性能。 三、辅助材料成型辅料
- 三乙醇胺: 在高温下作为溶剂使用,帮助破碎大颗粒并促进石墨化。 - 其他辅料
纯化与后处理材料 - 惰性气体保护:
在高温处理过程中使用氮气等惰性气体,防止材料氧化和污染。
- 研磨设备:如磨粉机,将石墨粉研磨至D50值(球形颗粒直径)达到10-15μm,提高比表面积和电导率。
四、原料选择建议
高比容量负极:优先选择针状焦作为骨料,搭配石油焦和优质沥青,添加镍、钴等催化剂。
普通负极:可采用石油焦为主料,降低成本,但需通过优化工艺提升性能。
环保要求:选择挥发性气体回收系统,降低能耗和污染。
通过合理选择原料并优化工艺参数,可显著提升人造石墨的比容量、循环性能和安全性,满足新能源电池等领域的需求。