山西,一座曾經(jīng)因煤而興的能源大省,正積極探索無煙煤高效利用新途徑。近日,中國科學院山西煤炭化學研究所又傳來好消息,由陳成猛研究員帶領的709課題組科研團隊,聚焦于儲能和電子領域的先進炭材料,將常見的無煙煤變身為綠色高端的炭材料,克服了鋰電池“充電焦慮”的關鍵技術瓶頸。
商用鋰電池出現(xiàn)后,憑借其續(xù)航時間長、使用壽命長和體積小等優(yōu)勢,在電動汽車、儲能領域處于主導地位。如今,商用鋰電池的續(xù)航能力已翻了三倍以上,但高效安全地快速充電仍是難題之一,制約了其在電動汽車領域的大規(guī)模應用。原來,商用鋰離子電池快充能力的限制因素主要是負極材料。這是因為作為負極材料的石墨結構使得鋰離子傳輸路徑變長。在快速充電過程中,鋰容易在負極表面析出,造成鋰的損失、容量的衰減,其熱失控之后的起火、爆炸問題也成為一大安全隱患。
針對這一問題,工業(yè)中在負極充電設計時常通過減少石墨微晶結構,增加孔隙率來實現(xiàn)。事實上,無煙煤是煤炭及其衍生產(chǎn)品中最環(huán)保的炭,擁有“清潔炭”“潔凈炭”美譽。守著個渾身是寶的“金疙瘩”,陳成猛研究員帶領709課題組將煤炭通過石墨化轉變成符合要求的快充石墨負極材料。
按照這個思路,在山西省科技重大專項等項目支持下,陳成猛研究員帶領709課題組以山西、云南等地盛產(chǎn)的無煙煤為原料,突破了高效脫灰、煤炭炭化燃燒/噴料等共性關鍵技術,完成了煤基快充石墨技術開發(fā),建成了噸級煤基快充負極材料的試驗線,獲得了低成本高品質煤基快充石墨材料,實現(xiàn)了制造端材料固碳、應用端節(jié)能減碳的目標。
目前,該項目經(jīng)過材料物化性能、加工性能和電化學性能的評測,實現(xiàn)了性能優(yōu)化,并完成了噸級產(chǎn)品定型和工藝固化,形成了成熟可靠的“材料+應用”解決方案,所開發(fā)的樣品已在孚能科技等多家鋰離子電池企業(yè)展開試用評測。此外,該項目還取得了階段性成果,申請國家專利13項,其中發(fā)明專利8項,主持制定國家標準1項。
來源:科學導報