材料性能分析(硬炭材料及其性能结构调控)

Posted 2023-05-29

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材料性能分析(硬炭材料及其性能结构调控)

工信部锂离子电池及类似产品标准工作组于11月28日～29日举办“钠离子电池产业链与标准发展论坛”。本次论坛由中国电子技术标准化研究院联合中关村储能产业技术联盟主办，钠离子电池相关产业链企事业单位共同参与。

此次大会旨在为钠离子电池产业链企业搭建一个交流的平台，同时也为钠离子电池行业相关人员提供一个了解钠离子电池产业最新资讯的窗口。使参会企事业单位加强合作交流，促进钠离子电池产业健康持续发展。期间，18位行业大咖与大家共同探讨钠离子电池的发展现状与市场前景。

来自厦门大学能源学院、嘉庚创新实验室的郑志锋教授在本次钠离子电池产业链与标准发展论坛上发表了《硬炭材料及其性能结构调控》主题演讲。

郑志锋教授个人简介，郑志锋教授所从事的研究方向为储能与碳材料，曾作为访问学者访问美国可再生能源国家实验室、美国路易斯安那州立大学，发表论文230余篇，授权国家发明专利20余项，获云南省科技进步二等奖等奖项。

2021年10月国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，规定2030年前二氧化碳排放达到峰值。2060年前实现碳中和。大力推动能源绿色低碳转型行动与交通运输绿色低碳行动。

近年来，我国密集出台储能政策，在《十二五规划》《十四五规划》中都有提到，要求实现碳达峰碳中和，努力构建清洁低碳、安全高效能源体系。

储能产业作为战略性基础产业，涵盖范围包括智能电网、风能发电、光伏发电、电动车、通信电源、电子产业、军工产品多领域。新型电力产业具有安全可靠性、环境友好性、经济性和可持续发展能力。

目前，世界各国都开展了对于钠离子电池的研究。2020年美国能源部杜宇电池研究计划的布局中明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系；欧盟储能计划“电池2030”将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位；“地平线2020研究和创新计划”将钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件重点发展项目。科技部在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项，并将钠离子电池技术列为子任务，进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化、提升综合性能。

钠离子电池具有安全性高、储量丰富成本低、兼容现有的锂电设备、集流体均为铝箔、双极性电池、钠离子溶剂化能低、低盐浓度电解液、高低温性能优异等优势。

当前国内外企业对于钠离子电池的研究现状分析。

钠离子电池成本与锂离子电池成本对比，钠离子材料成本降低30-40%。钠离子电池负极材料一般为硬碳、软碳、复合碳等无定形碳材料。

钠离子电池负极材料一般为硬碳、软碳、复合碳等无定形碳材料。硬碳又称为难石墨化材料，是指在2500℃以上的高温下也难以石墨化，一般在500-1200℃范围内热处理得到，常见的硬碳材料有树脂碳、碳黑等。软碳又称为易石墨化碳，是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳，常见的软碳材料有石油焦、针状焦、碳纤维等。

硬碳相较于石墨储钠能力更强，因其由任意相互交错的短程有序碳层堆积而成，碳层间形成了较多缺陷和微孔，同时还具有较大的碳层间距。硬碳由于具有较低的嵌钠平台与较高的比容量，且来源丰富，预计未来将成为代替石墨的新选择，尤其是在冷启动和快速充电时更明显。

当前硬碳负极材料主要包括树脂碳类、有机聚合物热解碳类、炭黑类、生物质碳类。当下技术较为成熟、处于领先地位的硬碳负极材料生产企业主要集中在日本。

当前市场日本硬碳材料生产企业与中国硬碳材料生产企业简介。

日本住友电木株式会社硬碳简介，该硬碳属于耐热性和阻燃性很高的酚醛树脂，用于高输出用锂离子充电电池、钠离子电池负极。具有粒径数um，结晶间距约为4埃，大于石墨的3.4埃，凝固后作为负极使用时，便于锂/钠离子进出，在低温环境与石墨相比，可将单元电阻减低20-30%。但存在着放电电压容量变化大，首次充放电效率低于石墨化碳等问题；预计发展方向在掺杂/包覆改性、孔径/石墨化等结构优化。