Kādi ir galvenie grafitizēta naftas koksa indeksa prasību fokusi dažādās pielietojuma jomās (piemēram, litija akumulatoru anodi un katodi alumīnijam)?

Atšķirīgas indeksa prasības grafitizētam naftas koksam divās galvenajās pielietojuma jomās: litija jonu akumulatoru anodos un alumīnija katodos

Grafitizēta naftas koksa indeksa prasības uzrāda būtiskas atšķirības litija jonu akumulatoru anodu un alumīnija katodu ķīmiskajā sastāvā, fizikālajā struktūrā un elektroķīmiskajā veiktspējā. Galvenās prioritātes ir apkopotas šādi:

I. Litija jonu akumulatoru anodi: elektroķīmiskā veiktspēja kā kodols, ņemot vērā strukturālo stabilitāti

1. Zems sēra saturs (<0,5%)
   Sēra atlikumi grafitizācijas laikā var izraisīt kristāla saraušanos un izplešanos, izraisot elektroda lūzumu. Turklāt sērs augstā temperatūrā var izdalīt gāzes, bojājot cietā elektrolīta starpfāzes (SEI) plēvi un izraisot neatgriezenisku kapacitātes zudumu. Piemēram, GB/T 24533-2019 nosaka stingru sēra satura kontroli grafītam, ko izmanto litija jonu akumulatoru anodos.
2. Zems pelnu saturs (≤0,15%)
   Pelnos esošie metāliskie piemaisījumi (piemēram, nātrijs, dzelzs) katalizē elektrolīta sadalīšanos, paātrinot akumulatora degradāciju. Nātrija piemaisījumi var izraisīt arī anoda šūnveida oksidēšanos, samazinot cikla kalpošanas laiku. Augstas tīrības pakāpes grafītam ir nepieciešams "trīskāršs" process (augsta temperatūra, augsts spiediens, augstas tīrības pakāpes izejvielas), lai samazinātu pelnu saturu zem 0,15%.
3. Augsta kristalinitāte un orientēts izkārtojums
   • Augsts patiesais blīvums: atspoguļo grafīta kristāliskumu; augstāks patiesais blīvums nodrošina sakārtotus kanālus litija jonu ievietošanai/ekstrakcijai, uzlabojot ātruma veiktspēju.
   • Zems termiskās izplešanās koeficients: Adatu koksam ar tā šķiedraino struktūru ir par 30 % zemāks termiskās izplešanās koeficients nekā porainajam koksam, tādējādi samazinot tilpuma izplešanos uzlādes/izlādes ciklu laikā (piemēram, anizotropiskais grafīts izplešas pa C asi, izraisot akumulatora pietūkumu).
4. Sabalansēts daļiņu izmērs un īpatnējā virsmas laukums
   • Plašs daļiņu izmēru sadalījums: optimizēti D10, D50 un D90 parametri ļauj mazākām daļiņām aizpildīt tukšumus starp lielākām daļiņām, uzlabojot piespiešanas blīvumu (lielāks piespiešanas blīvums palielina aktīvā materiāla daudzumu uz tilpuma vienību, lai gan pārmērīgs līmenis samazina elektrolīta mitrināmību).
   • Vidēja īpatnējā virsma: augsta īpatnējā virsma (>10 m²/g) saīsina litija jonu migrācijas ceļus, palielinot ātruma raksturlielumus, bet palielina SEI plēves laukumu, samazinot sākotnējo kulonbisko efektivitāti (ICE).
5. Augsta sākotnējā kulona efektivitāte (≥92,6%)
   Litija patēriņa samazināšana līdz minimumam SEI veidošanās laikā pirmā uzlādes/izlādes cikla laikā ir kritiski svarīga, lai saglabātu augstu enerģijas blīvumu. Standarti pieprasa sākotnējo izlādes jaudu ≥350,0 mAh/g un ICE ≥92,6%.

II. Alumīnija katodi: vadītspēja un termiskā trieciena izturība kā galvenās prioritātes

1. Pakāpeniska sēra satura kontrole
   • Zema sēra satura kokss (S < 0,8%): izmanto augstākās kvalitātes grafīta elektrodos, lai novērstu sēra izraisītu gāzes uzpūšanos un plaisāšanu tērauda ražošanas laikā, samazinot tērauda patēriņu uz tonnu (piemēram, viens uzņēmums samazināja anoda patēriņu par 12%, izmantojot zema sēra satura koksu).
   • Vidēja sēra satura kokss (S 2%–4%): piemērots alumīnija elektrolīzes anodiem, līdzsvarojot izmaksas un veiktspēju.
2. Augsta pelnu tolerance (ar īpašu piemaisījumu kontroli)
   Lai izvairītos no periodiskas alumīnija elektrolīzes strāvas efektivitātes samazināšanās, vanādija saturam pelnos jābūt ≤0,03%. Nātrija piemaisījumiem nepieciešama stingra kontrole, lai novērstu anoda šūnveida oksidēšanos.
3. Augsta kristalinitāte un termiskā trieciena izturība
   Adatu kokss ir vēlams tā šķiedrainās struktūras dēļ, kas nodrošina augstu blīvumu, izturību, zemu ablāciju un lielisku termisko triecienu izturību, ļaujot tam izturēt biežas termiskās svārstības alumīnija elektrolīzes laikā. Zems termiskās izplešanās koeficients samazina konstrukcijas bojājumus, pagarinot katoda kalpošanas laiku.
4. Daļiņu izmērs un mehāniskā izturība
   • Priekšroka dodama kunkuļiem: samazina pulverveida koksa saturu, lai novērstu lūzumus transportēšanas un kalcinēšanas laikā, nodrošinot mehānisko izturību.
   • Augsts kalcinētā koksa īpatsvars: alumīnija elektrolīzes anodos tiek izmantots 70% kalcinēta koksa, lai uzlabotu vadītspēju un izturību pret koroziju.
5. Augsta elektrovadītspēja
   Adatveida koksa elektrodi var pārvadīt 100 000 A strāvu, sasniedzot tērauda ražošanas efektivitāti 25 minūtes uz vienu krāsni un vadītspēju trīs reizes augstāku nekā parastajam koksam, ievērojami samazinot enerģijas patēriņu.

III. Galveno atšķirību kopsavilkums

IV. Nozares tendences

• Litija jonu akumulatoru anodi: Jauns kodolstrukturēts kokss (radiāla tekstūra) un ar piķi modificēts kalcinēts kokss (pagarina cietā oglekļa anoda cikla kalpošanas laiku) ir jauni pētniecības virzieni, lai vēl vairāk optimizētu enerģijas blīvumu un cikla veiktspēju.
• Alumīnija katodi: Pieaugošais pieprasījums pēc 750 mm liela mēroga adatas koksa elektrodiem un vidēja sēra satura koksa silīcija karbīda slīpēšanai veicina materiālu attīstību, lai panāktu augstāku vadītspēju un nodilumizturību.