Kokie yra pagrindiniai grafitizuoto naftos kokso indekso reikalavimų akcentai skirtingose ​​taikymo srityse (pvz., ličio baterijų anoduose ir katoduose aliuminiui)?

Skirtingi grafitizuoto naftos kokso indekso reikalavimai dviejose pagrindinėse taikymo srityse: ličio jonų akumuliatorių anoduose ir aliuminio katoduose

Grafitizuoto naftos kokso indekso reikalavimai rodo didelius cheminės sudėties, fizinės struktūros ir elektrocheminių savybių skirtumus tarp ličio jonų akumuliatorių anodų ir aliuminio katodų. Pagrindiniai prioritetai apibendrinti taip:

I. Ličio jonų akumuliatorių anodai: elektrocheminės charakteristikos kaip pagrindas, atsižvelgiant į struktūrinį stabilumą

1. Mažas sieros kiekis (<0,5%)
   Sieros likučiai grafitizacijos metu gali sukelti kristalų susitraukimą ir plėtimąsi, dėl ko elektrodas gali lūžti. Be to, siera aukštoje temperatūroje gali išskirti dujas, kurios pažeidžia kietojo elektrolito tarpfazinę (SEI) plėvelę ir sukelia negrįžtamą talpos praradimą. Pavyzdžiui, GB/T 24533-2019 reikalauja griežtos sieros kiekio kontrolės grafite, naudojamame ličio jonų akumuliatorių anoduose.
2. Mažas pelenų kiekis (≤0,15 %)
   Pelenuose esančios metalinės priemaišos (pvz., natris, geležis) katalizuoja elektrolito skaidymąsi, spartindamos akumuliatoriaus degradaciją. Natrio priemaišos taip pat gali sukelti anodo korio oksidaciją, sutrumpindamos ciklo tarnavimo laiką. Didelio grynumo grafitui reikalingas „trijų aukštų“ procesas (aukšta temperatūra, aukštas slėgis, didelio grynumo žaliavos), kad pelenų kiekis būtų mažesnis nei 0,15 %.
3. Didelis kristališkumas ir orientuotas išdėstymas
   • Didelis tikrasis tankis: atspindi grafito kristališkumą; didesnis tikrasis tankis užtikrina tvarkingus kanalus ličio jonų įterpimui / ištraukimui, taip padidindamas spartą.
   • Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas: adatinis koksas, dėl savo pluoštinės struktūros, pasižymi 30 % mažesniu šiluminio plėtimosi koeficientu nei kempinės koksas, todėl sumažėja tūrio plėtimasis įkrovimo / iškrovimo ciklų metu (pvz., anizotropinis grafitas plečiasi išilgai C ašies, sukeldamas akumuliatoriaus brinkimą).
4. Subalansuotas dalelių dydis ir savitasis paviršiaus plotas
   • Platus dalelių dydžio pasiskirstymas: optimizuoti D10, D50 ir D90 parametrai leidžia mažesnėms dalelėms užpildyti tarpus tarp didesnių dalelių, taip pagerinant bakstelėjimo tankį (didesnis bakstelėjimo tankis padidina aktyviosios medžiagos kiekį tūrio vienete, nors per didelis kiekis sumažina elektrolito drėkinamumą).
   • Vidutinis savitasis paviršiaus plotas: didelis savitasis paviršiaus plotas (> 10 m²/g) sutrumpina ličio jonų migracijos kelius, padidindamas greitį, tačiau padidina SEI plėvelės plotą, sumažindamas pradinį kulonbinį efektyvumą (ICE).
5. Didelis pradinis kuloninis efektyvumas (≥92,6 %)
   Ličio suvartojimo sumažinimas SEI formavimo metu per pirmąjį įkrovimo / iškrovimo ciklą yra labai svarbus norint išlaikyti didelį energijos tankį. Standartai reikalauja, kad pradinė iškrovimo talpa būtų ≥350,0 mAh/g, o ICE – ≥92,6 %.

II. Aliuminio katodai: laidumas ir atsparumas terminiam smūgiui kaip pagrindiniai prioritetai

1. Laipsniškas sieros kiekio valdymas
   • Mažai sieros turintis koksas (S < 0,8 %): naudojamas aukščiausios kokybės grafito elektroduose, siekiant išvengti sieros sukelto dujų išsipūtimo ir įtrūkimų plieno gamybos metu, sumažinant plieno sunaudojimą vienai tonai (pvz., viena įmonė sumažino anodų sunaudojimą 12 %, naudodama mažai sieros turintį koksą).
   • Vidutinio sieros kiekio koksas (S 2–4 %): tinka aliuminio elektrolizės anodams, subalansuoja kainą ir našumą.
2. Didelis pelenų toleravimas (su specifinėmis priemaišų kontrolės priemonėmis)
   Kad būtų išvengta periodiško aliuminio elektrolizės srovės efektyvumo mažėjimo, vanadžio kiekis pelenuose turi būti ≤0,03 %. Natrio priemaišoms reikalinga griežta kontrolė, kad būtų išvengta anodo korio oksidacijos.
3. Didelis kristališkumas ir atsparumas terminiam smūgiui
   Adatinis koksas yra pageidaujamas dėl savo pluoštinės struktūros, kuri pasižymi dideliu tankiu, stiprumu, maža abliacija ir puikiu atsparumu terminiam smūgiui, leidžiančiu jam atlaikyti dažnus terminius svyravimus aliuminio elektrolizės metu. Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas sumažina konstrukcijos pažeidimus, pailgindamas katodo tarnavimo laiką.
4. Dalelių dydis ir mechaninis stiprumas
   • Pageidaujamos gumulinės dalelės: sumažina kokso miltelių kiekį, kad būtų išvengta lūžių transportavimo ir kalcinavimo metu, užtikrinant mechaninį atsparumą.
   • Didelė kalcinuoto kokso dalis: aliuminio elektrolizės anoduose naudojama 70 % kalcinuoto kokso, siekiant padidinti laidumą ir atsparumą korozijai.
5. Didelis elektros laidumas
   Adatiniai kokso elektrodai gali praleisti 100 000 A srovę, todėl plieno gamybos efektyvumas yra 25 minutės vienai krosniai, o laidumas tris kartus didesnis nei įprasto kokso, todėl energijos suvartojimas gerokai sumažėja.

III. Pagrindinių skirtumų santrauka

IV. Pramonės tendencijos

• Ličio jonų akumuliatorių anodai: naujas branduolinės struktūros koksas (radialinė tekstūra) ir derva modifikuotas kalcinuotas koksas (pailginantis kietosios anglies anodo ciklo tarnavimo laiką) yra naujos tyrimų sritys, skirtos dar labiau optimizuoti energijos tankį ir ciklo našumą.
• Aliuminio katodai: auganti 750 mm didelio masto adatinių kokso elektrodų ir vidutinio sieros kiekio kokso, skirto silicio karbido šlifavimui, paklausa skatina medžiagų kūrimą siekiant didesnio laidumo ir atsparumo dilimui.