沥青基多孔碳的结构设计及其在硅碳负极中的应用

科技   2024-11-05 11:30   辽宁  

2024硅负极用多孔碳材料技术研讨会在广东深圳顺利召开并圆满闭幕。

本次会议由材能时代主办,由苏州兴业材料科技股份公司晚宴冠名,由南方科技大学、苏州纽姆特纳米科技有限公司、深圳沃飞科技有限公司、东莞市志远高热机械科技有限公司、咸阳科源新材装备有限公司、理化联科(北京)仪器科技有限公司、四川贝亿特科技有限公司协办,本次共得到了33+参展单位的支持,来自300+单位、500+杰出代表参加了会议,会议现场人气高涨。会议诚挚邀请多孔碳材料产业链相关的专家学者、工程技术人员等共聚一堂,充分交流、 集思广益、相互切磋。

14日上午:

沥青基多孔碳的结构设计及其在硅碳负极中的应用
季华实验室 张成智 博士 

报告内容具体如下:

研究背景

十四五规划,“3060” 目标提到碳达峰、碳中和,要从根本和源头上作出部署,优化产业结构、能源结构,大力发展新能源,继续打好污染防治攻坚战等。

储能技术处于人类社会能源结构升级的核心位置,是可再生能源接入、分布式发电、微电网、智能电网、大规模储能和电动车等发展的关键技术。

要求:高能量密度、长循环稳定性、高倍率性能、低成本、高安全性

锂离子电池:

能量密度高,无记忆效应,长寿命,快速充放电,安全性能好

电池能量密度的提升是电池发展的主要目标

动力锂离子电池负极材料:

《中国制造2025》:能量密度> 300 Wh kg−1。

硅基材料是最有潜力的下一代动力电池负极材料。

面向产业化需要关注的指标:

微米尺度的硅负极在面密度和产品均一性上有着天然的优势。

硅碳复合形成微米级二次颗粒的策略成为主流:

关键在于多孔碳的结构设计和硅烷技术的研究

多孔碳:关键在于多孔碳的层次孔结构设计

指标:

  • 多孔碳孔容≥ 0.5 cm3/g;

  • 2~10nm孔径的孔隙占比≥ 50%。

  • 机械强度?比表面积?

研究思路

研究方案:

先利用一定量的沥青将膨胀石墨(EG)进行定型,获得具有三维预留孔容结构且孔结构稳定的EG-C复合材料。再将纳米硅/有机物分散液均匀浸渍至EG-C中,经过碳化后获得Si@EG-C复合材料,将其进行碳包覆获得高容量低膨胀的硅碳负极(Si@EG-C@C)。

研究对象:膨胀石墨

沥青基多孔碳结构设计

实验方案:EG的合成

前期已经获得了不同比表面积(分别为7.04,24.2和73.7 m2 g−1),孔径在2~10 nm之间,孔容为10 cm3 g−1的EG。

EG材料存在的关键问题:结构不稳定,易出现孔隙闭合和结构坍塌的现象

实验方案:EGC的合成

为了提高EG的结构稳定性,将沥青填充到EG的孔隙中,碳化得到膨胀石墨/沥青衍生碳复合样品(EGC)。


电化学性能研究

研究结论

通过较少的沥青填充EG, 获得了多孔、坚固的EGC材料;

成功把纳米硅填充到EGC孔内,得到EGC-Si,EG的碳框架和孔结构有效缓解了硅储锂的体积膨胀而表现较小的电极膨胀率;

EGC-Si电极表现较高比容量的同时,具有良好的循环稳定性和倍率性能。

电池社
聚焦于新能源汽车,储能,电池,光伏,新材料技术等,全新视角探索未来发展方向。
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