【摘要】 石墨由于其工作电位低、结构稳定、成本合理、循环寿命好等优点，在大多数锂离子电池中被用作阳极材料。

核心要点：通过优化沥青软化点与炭化工艺，实现石墨负极初始效率92.9%与97%循环稳定性，为高倍率锂离子电池开发提供新方案。

 

一、石墨负极材料改性技术演进

图1 沥青包覆石墨的合成原理图

在锂离子电池负极材料领域，人造石墨(AG)因其优异循环特性备受关注。韩国化学工程研究院YoonJiJo团队创新采用石油沥青(PP)表面改性技术，通过溶剂包覆法在球形石墨表面构建纳米级保护层，有效解决了传统天然石墨(NG)不可逆容量大的技术瓶颈。

 

二、关键工艺参数优化

  • 软化点控制：实验对比SP150/200/250℃沥青，发现SP250℃材料THF不溶组分达10%，更利于形成致密碳层
  • 配比验证：90:10石墨/沥青比例实现最佳平衡，包覆厚度稳定在500nm
  • 热处理工艺：500℃预烧结合1000℃氩气氛围炭化，碳层结晶度提升37%

图2 制备的沥青和PFO的MALDI-TOF谱

三、电化学性能突破

指标

优化前

优化后

初始库伦效率

89.2%

92.9%

放电容量

318mAh/g

343mAh/g

1C循环100次保持率

91%

97%

 

四、技术机理解析

通过SEM/TEM表征发现，沥青衍生碳层呈现三维网络结构，这种特殊形貌：

1.抑制电解液副反应，减少SEI膜异常生长

2.缓解充放电体积膨胀达42%

3.表面阻抗降低28%，显著提升倍率性能（10C容量保持率81%）

 

五、产业化应用前景

该技术已通过中试验证，相比传统机械混合法：

  • 生产成本降低15-20%
  • 批次稳定性提升至98.5%
  • 适配现有石墨生产线，设备改造费用低于8%

 

参考文献：1.Jo, Y. J.; Lee, J. D., Effect of petroleum pitch coating on electrochemical performance of graphite as anode materials. Korean J. Chem. Eng. 2019, 36 （10）, 1724-1731.

 

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