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硬炭负极材料的结构调控及在钠电池中应用研究

         众所周知,钠电主要是有成本的优势、价格的优势、循环稳定性好、低温优势等,因此钠电在未来具有广阔的市场前景,特别是在小动力、二轮车、A00小车等具有广阔前景。;储能方面的市场也非常大,超过200TWh的市场容量,但是现在材料的成本严重制约了钠电的发展速度,因此我们希望能够研发出一些性价比比较高的硬碳材料来推动整个行业的发展。

       现在的硬碳负极主要是有两种:一种是软碳,一种是硬碳;这两种碳材料是有别于石墨和金刚石,它介于这两种之间,SPR和SP3杂化共存的碳材料,它与石墨不同,它是具有短有序、长无序的结构;在研究过程中,软碳可以经过高温转化为石墨,而硬炭的合成需要经历芳香化、缩聚、石墨层形成、石墨层生长、片层生长堆叠等历程,所以是不可能石墨化的;硬炭的前驱体原料主要为生物质、树脂类和石油沥青等;我们在市场调研的过程中发现,生物质类材料,是最早被应用的前驱体材料,但目前国内产能不足,比较依赖于进口,因此开发其他的生物质材料具有非常高的经济价值。同时,树脂类的产品一致性好,但是成本相对较高。沥青的来源非常广泛,但是现在的工艺不是非常成熟,并且容量相对较低。

1、硬碳储能机理、电解液的选择也进行了一定的研究,得出来了一些结果,下面和大家进行分享。

1)我们现在对硬碳的储钠机理有很多种观点,在充放电过程中,对结构形貌的分析,我们觉得它大概分为3种,但主要是有两种,一种是表面吸附,一种是表面嵌入,但是最后的一点点有一点表面孔的填充,也是最后这黑的一部分,这部分是非常少的,所以主要是表面吸附和层间的嵌入。

2)在研究过程中,我自己做硬碳负极也做了十几年,我们尝试不同材料开发的过程中,硬炭的钠离子嵌入势垒随着层间距(0.35-0.5)的增加而降低,但d002>0.42nm时其储钠主要是表面吸附的赝电容性能,硬炭的最优层间距为0.37-0.42nm。

2、我们对电解液对硬碳性能影响也进行了分析,我们主要是做了醚类和脂类电解液对硬碳负极材料性能的影响。我们发现,用醚类电解液的时候,肪类电解液更容易形成膜。

3、第三部分是容钠产品的介绍,经过这么多年的积累,形成了一些比较有特色的产品。

4、 从2012年开始研发钠电,南方广东容钠公司是国内最早一批从事钠电研究的,2015年和南方电网开始做小试,2022年开始产业化,今年建立了万吨前驱体的生产线;经过这么多年的研究,形成了生物质基硬碳负极材料结构调控和绿色高效生产方法,一类是纤维类,一类是淀粉类,授权中国发明专利3件,申请中国发明专利15件;通过调控形成了一些超大层间距的结构设计,有效提升硬碳负极材料的比容量和首效,通过结构调控,可以将层间距控制在0.38到0.41之间。现在产品有三代,第一代是RNHC-C1和RN5-恩C1,这类产品比容量在300左右,首效在93%左右,第二再产品是RNHC-B1,比容量在320-330之间,首效93%,第三代是RNHC-A1,明年初会推出这款产品;

1)RNHC-C1性价比非常高,可以做到3.5万-4.5万之间,根据你的需求来进行定价,未来成本是可控的,容量也非常高。

2)RN5-C1,这款产品是通过控制了力度在4-6微米之间,这款产品的容量也非常高,性价比也非常高,因为原材料在中国境内储量非常丰富,是上千万吨的年产量,所以性价比高,价格便宜。

3)RNHC-B1,这款产品,首效在93%以上,容量在320-330%之间,这款产品的综合性能好,售价稍微高一些,但是它的容量非常高,所以有可能广泛应用于二轮车领域。

4)RNHC-A1已经在中试,特点是生物质型原材料来源广泛,性价比高,适用范围储能和低速车用圆柱、方形电池、动力电池。长循环稳定性,这是一个电芯厂家和我们反馈,容量保持率还有85%左右。

5、广东容钠在福建成立了一个全资子公司,现在已经建立了万吨产线;正在研发的一款产品是RNHC-A1,这款是未来性价比非常高的产品,这款产品未来的性价比应该也是非常高,对于提升电芯的容量也是非常有帮助的;公司规划,今年已经建成了万吨的前驱体生产线,8月底希望建成2千吨成品线,到2024年希望能够建成一个1万吨全产业链硬碳产线,2025年希望建立2万吨的产线,2026年根据市场的需求建成5万吨的成品线。

 

发布时间:2023/7/4 7:40:57 查看:370次

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