编号：

名称： 高性能煤/煤沥青基炭一体化电极的构筑及储能应用

领域：

成果形式：

投资额： 万

案例数： 0家

技术阶段： 概念阶段

合作方式： 技术转让

当前，国家有关部门积极推动钠/钾离子电池等新型电池发展，支持技术创新，加快标准建设，促进新型电池产业健康有序发展。如科技部在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项，进一步推动钠离子电池等新型储能电池体系的规模化、低成本化，提升综合性能。技术层面而言，钠/钾离子电池在资源丰富度与成本方面具有优势，并且与锂离子电池多个环节技术相似，生产线可以相互转换，部分设备可以通用，研产投入小，以钠离子电池为例，初步预期2025年钠离子电池需求将催生 200 多亿元大市场，并且其成本相比磷酸铁锂电池可降低约 30%-40%，极具竞争力。

炭负极材料作为电池体系的关键组成部分，是决定电池性能的关键因素。我国煤炭资源丰富、价格低廉，煤沥青同属大宗产品，利用煤炭及煤沥青资源开发炭负极材料有助于提高其附加价值和技术含量，促进储能电池体系规模化、低成本化。因此，由煤或煤沥青等出发，开发先进炭负极材料对促进钠/钾离子电池发展具有重要科学意义与实用价值。

高性能炭负极材料应全面、综合考虑其容量、倍率、首效、电位、振实密度等结构、性能指标。因此，目前的研究热点集中在：材料纳米化与低维化，创制活性位点，提高容量与倍率性能；提高炭材料晶化程度，降低离子储/脱电位；炭材料表面氧化铝修饰，提高库伦首效；机械压实、毛细凝聚收缩、真空抽滤、层层组装等，施加致密化作用力，提高压实密度。但是，现有的炭负极材料存在以上性能指标往往难以同时满足的问题，严重制约其能量-功率密度的提升以及实用化电极的发展。

所开发钾离子电池用煤/煤沥青基致密炭负极针对目前钾离子电池炭负极材料存在的容量、首效、电位、堆积密度等难以兼得的问题，基于粒径设计以及氧化、交联、炭化的工艺，实现炭负极材料的低电位快速可逆电化学储钾。

所开发钠离子电池用煤/煤沥青基块体硬炭负极基于破碎、筛分、脱灰、低温热解和高温炭化工艺。通过优选煤炭前驱体、炭化温度、升温速率、气体流速等条件，可调控煤基硬炭材料的颗粒度、无序结构，提高低温倍率性能和电解液兼容性。利用煤炭天然的微晶堆叠结构制备硬炭材料，制备方法简单、原料易得、炭收率高且成本低廉。

此外，针对高性能离子电池炭负极材料普遍存在的首效较低的问题，开发了一套特色一体化电极直涂工艺，实现浆料涂敷与一体化成型。该工艺可省去常规导电剂与粘结剂的使用，并极大提高首周库伦效率。该工艺具有极强的普适性，适用于石墨、硅炭、硬炭等电极构筑，并可在锂/钠/钾离子电池生产线相互转换，适合工业化规模生产。

产品粒度可控：粒度可以控制生产从纳米到微米级不同尺寸。

钾离子电池用煤/煤沥青基致密炭负极在0.1 A g^-1 条件下1 V 以下可逆容量达0.01-3V 总容量70 %以上；1A g^-1 电流密度下可逆比容量高于220 mAh g^-1；电极库伦首效高于70%，长循环过程中库伦效率高于99.5 %；所组装钾离子全电池器件循环寿命大于1000 次循环。

一体化石墨电极在钾离子电池半电池测试中首周库伦效率高达93%，远高于普通石墨电极（约65%）。

客服

075586060912

service@xincailiao.com