树脂基球形多孔碳材料的制备及其储能应用

科技   2024-11-01 10:30   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:

树脂基球形多孔碳材料的制备及其储能应用
中科院山西煤炭化学研究所  管涛涛 副研究员

报告内容如下:

研究背景

锂电池在‌能源存储和‌电子设备中占据着核心地位

硅基负极:高比容量的下一代负极材料

新一代CVD法((氯)硅烷裂解)硅碳负极合成技术取得突破性进展

新一代CVD硅碳技术( Group14 Technologies, Inc. )

心是通过硅烷气体在多孔碳骨架中限域形成纳米硅颗粒,通过多孔碳内部的空隙来缓冲体积膨胀

‌‌多孔碳是制造CVD硅碳负极材料的重要原材料

发展态势

 一、为制造价格低廉的多孔碳(活性炭),着眼于利用生活废弃物(如塑料)、生物质、渣油等;

二、追求活性炭的特殊结构及形态,获得性能优异的高附加值多孔碳。

球形多孔碳:球形形态的多孔碳材料

球碳制备技术研发

煤化所702组是国内最早进行球状多孔碳研究的团队,拥有国内绝大部分球碳相关专利,开发了一系列高适应性、专用型、多样化的产品,建成四条吨级生产线。

球碳规模化(吨级)产品明细表

‌‌酚醛树脂基球碳

苯酚和甲醛在酸或碱的催化下缩合,再经过炭化及后续功能化处理而成。炭活化过程释放出小分子气体,从而形成多孔碳球。

应用场景:

  • ◆锂离子/钠离子电池负极

  • ◆药物/催化剂载体

  • ◆化学品精制

  • ◆水处理

离子交换树脂球碳

通常采用苯乙烯和丙烯酸(脂)为原料聚合而成,需要磺化(氧化)交联,随后经炭活化形成多孔碳球。

应用场景:

  • ◆锂离子/钠离子电池负极

  • ◆药物/催化剂载体

  • ◆血液灌流

  • ◆化学品精制

树脂基球碳的合成路线

‌‌树脂基球碳的结构调控

孔结构(孔径/孔型)

微观形貌

表界面化学性质

球碳:由产品到商品

树脂基球碳在新一代CVD硅碳技术中的应用

  1. 回转窑CVD沉硅工艺

  2. 流化床CVD沉硅工艺

  3. ‌‌扩散-沉积 机制

  4. 球形硅碳材料应用端优势

球形硅碳是否遇到球形电容炭和硬碳微球所面临的脱落问题?

否!

  • CVD后其界面粗糙度自然提升,颗粒间以及粒子与集流体、粒子与粘结剂之间的机械嵌合增多

  • 通过在表面构建蜂窝状开孔,增加粗糙度

  • 不同粒径合理配伍,密堆积减少初生空隙,增加附着点

球形硅碳负极性价比?

总结与展望

在生产端:碳基体的选型涉及到多维度因素,包括颗粒形态、强度、孔结构(孔径、孔型)、表面化学性质、振实密度、工艺参数和配套设备等,球形多孔碳材料在流态化沉积过程中具有不可替代的优势;

在应用端:参照天然鳞片石墨发展为球形石墨这一趋势,球形硅碳负极材料的应用也将大有可为;

树脂基球碳内部C-C键结合方式、微晶结构取向、聚集态具有多样性,可从头设计出诸多差异化产品,满足客户定制化需求;

开展球碳低成本规模制备工艺,打通 “料-材-器-用”创新链,必将推动炭材料和新能源产业的不断发展。

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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