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(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所又傳來好消息，由陳成猛研究員帶領(lǐng)的709課題組科研團(tuán)隊(duì)，聚焦于儲(chǔ)能和電子領(lǐng)域的先進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
商用鋰電池出現(xiàn)后，憑借其續(xù)航時(shí)間長、使用壽命長和體積小等優(yōu)勢，在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能領(lǐng)域處于主導(dǎo)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(dòng)汽車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。原來，商用鋰離子電池快充能力的限制因素主要是負(fù)極材料。這是因?yàn)樽鳛樨?fù)極材料的石墨結(jié)構(gòu)使得鋰離子傳輸路徑變長。在快速充電過程中，鋰容易在負(fù)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(duì)這一問題，工業(yè)中在負(fù)極充電設(shè)計(jì)時(shí)常通過減少石墨微晶結(jié)構(gòu)，增加孔隙率來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)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(yù)。守著個(gè)渾身是寶的“金疙瘩”，陳成猛研究員帶領(lǐng)709課題組將煤炭通過石墨化轉(zhuǎn)變成符合要求的快充石墨負(fù)極材料。
按照這個(gè)思路，在山西省科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目支持下，陳成猛研究員帶領(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)，完成了煤基快充石墨技術(shù)開發(fā)，建成了噸級(jí)煤基快充負(fù)極材料的試驗(yàn)線，獲得了低成本高品質(zhì)煤基快充石墨材料，實(shí)現(xiàn)了制造端材料固碳、應(yīng)用端節(jié)能減碳的目標(biāo)。
目前，該項(xiàng)目經(jīng)過材料物化性能、加工性能和電化學(xué)性能的評(píng)測，實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)化，并完成了噸級(jí)產(chǎn)品定型和工藝固化，形成了成熟可靠的“材料+應(yīng)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(píng)測。此外，該項(xiàng)目還取得了階段性成果，申請(qǐng)國家專利13項(xiàng)，其中發(fā)明專利8項(xiàng)，主持制定國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。
來源：科學(xué)導(dǎo)報(bào)
