當前,國家有關部門積極推動鈉/鉀離子電池等新型電池發展,支持技術創新,加快標準建設,促進新型電池產業健康有序發展。如科技部在“十四五”期間實施“儲能與智能電網技術”重點專項,進一步推動鈉離子電池等新型儲能電池體系的規模化、低成本化,提升綜合性能。技術層面而言,鈉/鉀離子電池在資源豐富度與成本方面具有優勢,并且與鋰離子電池多個環節技術相似,生產線可以相互轉換,部分設備可以通用,研產投入小,以鈉離子電池為例,初步預期2025年鈉離子電池需求將催生 200 多億元
炭負極材料作為電池體系的關鍵組成部分,是決定電池性能的關鍵因素。我國煤炭資源豐富、價格低廉,煤瀝青同屬大宗產品,利用煤炭及煤瀝青資源開發炭負極材料有助于提高其附加價值和技術含量,促進儲能電池體系規模化、低成本化。因此,由煤或煤瀝青等出發,開發先進炭負極材料對促進鈉/鉀離子電池發展具有
高性能
所開發鉀離子電池用煤/煤瀝青基致密炭負極針對目前鉀離子電池炭負極材料存在的容量、首效、電位、堆積密度等難以兼得的問題,基于粒徑設計以及氧化、交聯、炭化的工藝,實現炭負極材料的低電位快速可逆電化學儲鉀。
所開發鈉離子電池用煤/煤瀝青基塊體硬炭負極基于破碎、篩分、脫灰、低溫熱解和高溫炭化工藝。通過優選煤炭前驅體、炭化溫度、升溫速率、氣體流速等條件,可調控煤基硬炭材料的顆粒度、無序結構,提高低溫倍率性能和電解液兼容性。利用煤炭天然的微晶堆疊結構制備硬炭材料,制備方法簡單、原料易得、炭收率高且成本低廉。
此外,針對高性能離子電池炭負極材料普遍存在的首效較低的問題,開發了一套特色一體化電極直涂工藝,實現漿料涂敷與一體化成型。該工藝可省去常規導電劑與粘結劑的使用,并極大提高首周庫倫效率。該工藝具有極強的普適性,適用于石墨、硅炭、硬炭等電極構筑,并可在鋰/鈉/鉀離子電池生產線相互轉換,適合工業化規模生產。
產品粒度可控:粒度可以控制生產從納米到微米級不同尺寸。
鉀離子電池用煤/煤瀝青基致密炭負極在0.1 A g-1 條件下1 V 以下可逆容量達0.01-3V 總容量70 %以上;1A g-1 電流密度下可逆比容量高于220 mAh g-1;電極庫倫首效高于70%,長循環過程中庫倫效率高于99.5 %;所組裝鉀離子全電池器件循環壽命大于1000 次循環。
一體化石墨電極在鉀離子電池半電池測試中首周庫倫效率高達93%,遠高于普通石墨電極(約65%)。
材料科學,生物醫用 500萬以上
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