Than chì là một trong những thành viên kinh điển nhất của họ cacbon. Từ lâu, nó đã thống trị vật liệu cực dương trong pin lithium-ion. Điều này là do khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời của nó. Than chì cũng có khả năng chịu nhiệt độ cao và đặc tính bôi trơn. Nó đã được Liên minh châu Âu và Hoa Kỳ liệt kê là nguyên liệu thô quan trọng. Úc và các khu vực khác cũng đã đưa ra các phân loại chiến lược tương tự. Từ than chì dạng vảy tự nhiên đến than chì có độ tinh khiết cao, các ứng dụng tiếp tục mở rộng. Than chì hình cầu và than chì chuyên dụng càng làm tăng thêm giá trị công nghiệp của nó. Họ than chì thể hiện tính linh hoạt mạnh mẽ trong nhiều ngành công nghiệp. Các lĩnh vực điển hình bao gồm luyện kim, điện tử, hóa chất và hàng không vũ trụ. Xử lý tiên tiến, đặc biệt là than chì. nghiền siêu mịn, Điều này cho phép các ứng dụng hiệu năng cao này hoạt động.
Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của xe năng lượng mới và hệ thống lưu trữ năng lượng, dung lượng lý thuyết của cực dương than chì thông thường (372 mAh/g) đang tiến gần đến giới hạn, gây khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu về pin có mật độ năng lượng cao hơn. Do đó, vật liệu cực dương silicon-carbon đã nổi lên như một công nghệ đột phá quan trọng để khắc phục nút thắt cổ chai này.
Từ than chì dạng vảy tự nhiên và than chì vi tinh thể đến than chì nhân tạo, than chì độ tinh khiết cao, than chì chuyên dụng, than chì hình cầu dùng cho pin và graphene, hệ thống vật liệu than chì đang liên tục phát triển hướng tới độ tinh khiết cao hơn và khả năng kiểm soát tốt hơn. kích thước hạt, mức độ tạp chất thấp hơn và tính nhất quán cao hơn. Sự phát triển này không thể tách rời khỏi những tiến bộ trong công nghệ nghiền siêu mịn than chì., phân loại, Và Sửa đổi bề mặt công nghệ.
Than chì tự nhiên: Một nguồn carbon cơ bản cho Anode silic-cacbon
Than chì tự nhiên là một loại than chì. khoáng sản Được hình thành trong tự nhiên, và đặc tính kết tinh của nó quyết định trực tiếp các phương pháp chế biến và tiềm năng ứng dụng. Trong công nghiệp, than chì tự nhiên thường được phân loại thành than chì tinh thể và than chì vi tinh thể.
Than chì tinh thể (than chì dạng vảy và dạng đặc)
Than chì dạng vảy tồn tại dưới dạng tinh thể hình tấm hoặc hình lá, thường lớn hơn 1 μm. Nó thể hiện khả năng nổi, độ bôi trơn và độ dẻo tuyệt vời, khiến nó trở thành nguyên liệu thô được ưa chuộng để sản xuất than chì hình cầu và cực dương composite silicon-carbon.
Trong quá trình chế tạo vật liệu điện cực dương, than chì dạng vảy thường trải qua các công đoạn tạo hình cơ học, nghiền siêu mịn, phân loại và tinh chế để đạt được sự phân bố kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng phù hợp.
Than chì tinh thể đặc (dạng khối) thường chứa cacbon 60%–65%, có độ dẻo và độ bôi trơn thấp hơn. Ứng dụng của nó trong cực dương pin lithium bị hạn chế, và chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực vật liệu chịu lửa và luyện kim truyền thống.
Than chì vi tinh thể
Than chì vi tinh thể bao gồm các tinh thể cực kỳ nhỏ và có vẻ ngoài xỉn màu, giống như đất. Nó thường có độ tinh khiết tự nhiên cao, với một số mỏ có hàm lượng carbon vượt quá 90%. Với những tiến bộ trong quá trình tinh chế ở nhiệt độ cao và máy nghiền phản lực Nhờ các công nghệ tiên tiến, than chì vi tinh thể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các chất phụ gia dẫn điện và vật liệu carbon.lớp phủ hệ thống cho điện cực anot silicon-carbon.
Than chì nhân tạo và có độ tinh khiết cao: Chất ổn định hiệu suất cho cực dương silicon-carbon
Than chì nhân tạo được sản xuất từ than cốc dầu mỏ và than cốc nhựa đường dưới dạng cốt liệu, sau đó được tạo hình, nung và graphit hóa ở nhiệt độ cao. Với cấu trúc dễ kiểm soát và độ tinh khiết cao, nó là vật liệu thiết yếu cho cực dương của pin công suất cao.
Than chì tinh khiết cao
Than chì có độ tinh khiết cao thường đề cập đến than chì có hàm lượng cacbon ≥99,9% (hoặc ≥99,99% trong một số ứng dụng). Những ưu điểm chính của nó bao gồm:
- Độ dẫn điện cao và điện trở trong thấp
- Xuất sắc hóa chất sự ổn định
- Hàm lượng tạp chất và ion kim loại cực thấp
Trong các hệ thống điện cực anot silicon-carbon, than chì có độ tinh khiết cao thường được sử dụng làm khung dẫn điện hoặc nguồn phủ carbon. Thông qua quá trình nghiền và phân loại chính xác, kích thước và hình thái hạt của nó có thể được kiểm soát chặt chẽ, giúp giảm thiểu sự giãn nở thể tích nghiêm trọng của silicon.
Than chì hình cầu: Cấu trúc xương sống của cực dương silic-cacbon
Than chì hình cầu được sản xuất từ than chì dạng vảy có hàm lượng cacbon cao thông qua quá trình tạo hình cơ học, nghiền, phân loại và biến đổi bề mặt, tạo thành các hạt hình elip. Đây là dạng cấu trúc chủ đạo được sử dụng cho cực dương của pin lithium-ion.
Silicon có dung lượng lý thuyết lên đến 4200 mAh/g—gấp hơn mười lần so với than chì—nhưng lại bị giãn nở thể tích lên đến 300% trong quá trình chu kỳ sạc/xả, dẫn đến sự phân mảnh hạt, đứt gãy lớp SEI nhiều lần và suy giảm dung lượng nhanh chóng. Các điện cực anot silicon-carbon giải quyết thách thức này bằng cách kết hợp nano-silicon (hoặc SiOx) với các vật liệu carbon, đặc biệt là than chì.
Các phương pháp chế tạo phổ biến cho điện cực anot silicon-carbon bao gồm:
- Nghiền bi, trong đó nano-silicon được trộn lẫn hoặc phủ lên than chì hình cầu hoặc nhân tạo;
- Lắng đọng hơi hóa học (CVD), Trong đó, nano-silicon được lắng đọng bên trong các ma trận carbon xốp (thường là than chì hoặc carbon cứng), hiện là phương pháp công nghiệp chiếm ưu thế.
Trong các quy trình này, than chì hình cầu đóng vai trò then chốt. Hình dạng tròn, khả năng chảy tốt và mật độ nén cao khiến nó trở thành chất nền composite được ưa chuộng. Sau khi được biến đổi bề mặt, than chì hình cầu có thể tạo thành cấu trúc composite lõi-vỏ hoặc xốp ổn định với nano-silicon, cải thiện đáng kể khả năng xử lý và độ ổn định chu kỳ.
Than chì tinh khiết cao và than chì giãn nở cũng được sử dụng rộng rãi để xây dựng mạng dẫn điện hoặc cung cấp khả năng đệm thể tích, trong khi các điện cực anot silicon-carbon được tăng cường bằng graphene đã trở thành trọng tâm nghiên cứu chính trong những năm gần đây.
Graphene và than chì giãn nở: Các chất tăng cường chức năng trong hệ thống silicon-carbon
Graphene, được cấu tạo từ một hoặc vài lớp nguyên tử carbon, có độ dẫn điện và độ bền cơ học vượt trội. Trong các điện cực anot silicon-carbon, graphene được sử dụng để xây dựng mạng lưới dẫn điện, cải thiện khả năng tốc độ nạp/xả và tuổi thọ chu kỳ. Quá trình chế tạo graphene phụ thuộc rất nhiều vào việc nghiền siêu mịn và tách lớp than chì có độ tinh khiết cao.
Than chì giãn nở và than chì dẻo được sử dụng làm vật liệu phủ hoặc đệm carbon. Thông qua quá trình giãn nở ở nhiệt độ cao và nén cơ học, chúng tạo thành các cấu trúc xốp giúp thích ứng hiệu quả với sự thay đổi thể tích của silicon.
Than chì chuyên dụng và cấp hạt nhân: Nền tảng cho sản xuất thiết bị và cực dương tiên tiến
Than chì chuyên dụng và than chì cấp hạt nhân có độ tinh khiết, mật độ và độ đồng nhất cấu trúc cực cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong:
- Lò phản ứng phủ carbon cho vật liệu silicon
- Vật liệu lót cho lò xử lý nhiệt độ cao
- Thiết bị graphit hóa để sản xuất anot silic-cacbon
Quá trình sản xuất của chúng phụ thuộc rất nhiều vào ép đẳng tĩnh, nghiền siêu mịn và tinh chế ở nhiệt độ cao, với sự kiểm soát chặt chẽ về kích thước hạt và các tạp chất vi lượng.
Thiết bị mài: “Người hùng thầm lặng” trong sản xuất cực dương silicon-carbon
Hiệu suất của điện cực anot silicon-carbon phụ thuộc rất nhiều vào độ đồng nhất của hạt và khả năng kiểm soát cấu trúc ở cấp độ nano, do đó thiết bị nghiền là một thành phần cốt lõi của quy trình:
- Máy nghiền bi năng lượng caoĐược sử dụng để tạo kích thước nano cho silicon và kết hợp đồng nhất nó với than chì, cho phép phân tán hoặc phủ silicon thông qua tác động và lực cắt mạnh.
- Máy nghiền nano / máy nghiền biĐược ứng dụng rộng rãi trong các quy trình ướt để giảm kích thước hạt silicon xuống dưới 50 nm đồng thời giảm thiểu sự kết tụ.
- Nghiền kết hợp với sấy phunNhiều quy trình tiên tiến trước tiên chuẩn bị hỗn hợp dạng sệt đồng nhất bằng phương pháp nghiền bi hoặc nghiền hạt, sau đó sấy phun và cacbon hóa để tạo thành các hạt composite gần hình cầu.
Các hệ thống nghiền này quyết định trực tiếp sự phân bố kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, hiệu suất Coulomb ban đầu, tuổi thọ chu kỳ và hiệu suất tốc độ. Với sự phát triển của các phương pháp dựa trên CVD, thiết bị nghiền ngày càng được sử dụng để chế tạo chính xác các khung carbon xốp cho quá trình lắng đọng silicon tiếp theo.
Phần kết luận: Bột Epic Kiến tạo tương lai Silicon-Carbon
Khi các điện cực anot silicon-carbon tiến tới thương mại hóa quy mô lớn, kỹ thuật bột Độ chính xác trở thành yếu tố quyết định.. Epic Powder, với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiền siêu mịn, phân loại bằng khí và xử lý bề mặt, cung cấp các giải pháp tùy chỉnh cho than chì, silic và vật liệu composite silic-cacbon. Thông qua các máy nghiền bi tiên tiến, máy nghiền khí nén, máy nghiền phân loại và hệ thống nghiền-phân loại tích hợp, Epic Powder giúp... vật liệu pin Các nhà sản xuất đạt được khả năng kiểm soát hạt chính xác, độ tinh khiết cao và hiệu suất ổn định—tạo nền tảng vững chắc cho thế hệ pin lithium-ion mật độ năng lượng cao tiếp theo.
Bạn đã sẵn sàng thúc đẩy cuộc cách mạng silicon-carbon chưa?
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi hữu ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với bộ phận chăm sóc khách hàng trực tuyến của Zelda nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác.
— Đăng bởi Emily Chen