Якія асноўныя напрамкі індэксных патрабаванняў да графітызаванага нафтавага коксу ў розных галінах прымянення (напрыклад, аноды літыевых батарэй і катоды для алюмінію)?

Розныя патрабаванні да індэкса для графітызаванага нафтавага коксу ў двух ключавых галінах прымянення: аноды літый-іённых акумулятараў і алюмініевыя катоды

Патрабаванні да індэксаў графітызаванага нафтавага коксу дэманструюць значныя адрозненні ў хімічным складзе, фізічнай структуры і электрахімічных характарыстыках анодаў літый-іённых акумулятараў і алюмініевых катодаў. Асноўныя прыярытэты коратка апісаны ніжэй:

I. Аноды літый-іённых акумулятараў: электрахімічныя характарыстыкі ў якасці асновы з улікам структурнай стабільнасці

1. Нізкае ўтрыманне серы (<0,5%)
   Рэшткі серы могуць выклікаць сцісканне і пашырэнне крышталяў падчас графітызацыі, што прыводзіць да разбурэння электрода. Акрамя таго, сера можа вылучаць газы пры высокіх тэмпературах, пашкоджваючы міжфазную плёнку цвёрдага электраліта (SEI) і прыводзячы да незваротнай страты ёмістасці. Напрыклад, GB/T 24533-2019 патрабуе строгага кантролю ўтрымання серы ў графіце, які выкарыстоўваецца ў анодах літый-іённых акумулятараў.
2. Нізкае ўтрыманне попелу (≤0,15%)
   Металічныя прымешкі ў попеле (напрыклад, натрый, жалеза) каталізуюць раскладанне электраліта, паскараючы дэградацыю акумулятара. Прымешкі натрыю таксама могуць выклікаць акісленне анодных сот, скарачаючы тэрмін службы. Высокачысты графіт патрабуе трохступенчатага працэсу (высокая тэмпература, высокі ціск, высокачыстая сыравіна), каб знізіць утрыманне попелу ніжэй за 0,15%.
3. Высокая крышталічнасць і арыентаванае размяшчэнне
   • Высокая сапраўдная шчыльнасць: адлюстроўвае крышталічнасць графіту; больш высокая сапраўдная шчыльнасць забяспечвае ўпарадкаваныя каналы для ўстаўкі/вымання літый-іённых акумулятараў, павышаючы хуткасць.
   • Нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння: ігольчасты кокс з яго валакністай структурай мае на 30% ніжэйшы каэфіцыент цеплавога пашырэння, чым губчасты кокс, што мінімізуе пашырэнне аб'ёму падчас цыклаў зарадкі/разрадкі (напрыклад, анізатропны графіт пашыраецца ўздоўж восі C, выклікаючы ўздуцце акумулятара).
4. Збалансаваны памер часціц і ўдзельная плошча паверхні
   • Шырокае размеркаванне памераў часціц: аптымізаваныя параметры D10, D50 і D90 дазваляюць меншым часціцам запаўняць пустэчы паміж больш буйнымі, паляпшаючы шчыльнасць ушчыльнення (больш высокая шчыльнасць ушчыльнення павялічвае загрузку актыўнага матэрыялу на адзінку аб'ёму, хоць празмерныя ўзроўні зніжаюць змочвальнасць электраліта).
   • Умераная ўдзельная плошча паверхні: высокая ўдзельная плошча паверхні (>10 м²/г) скарачае шляхі міграцыі літый-іёнаў, павышаючы хуткасць перамяшчэння, але павялічвае плошчу плёнкі SEI, зніжаючы пачатковую кулонаўскую эфектыўнасць (ICE).
5. Высокая пачатковая кулонаўская эфектыўнасць (≥92,6%)
   Мінімізацыя спажывання літыя падчас утварэння SEI падчас першага цыклу зарадкі/разрадкі мае вырашальнае значэнне для падтрымання высокай шчыльнасці энергіі. Стандарты патрабуюць пачатковай ёмістасці разраду ≥350,0 мАг/г і ICE ≥92,6%.

II. Алюмініевыя катоды: праводнасць і ўстойлівасць да тэрмічных удараў як ключавыя прыярытэты

1. Дыягназаваны кантроль утрымання серы
   • Кокс з нізкім утрыманнем серы (S < 0,8%): выкарыстоўваецца ў графітавых электродах прэміум-класа для прадухілення ўздуцця і расколін, выкліканых серай, падчас вытворчасці сталі, што зніжае спажыванне сталі на тону (напрыклад, адно прадпрыемства знізіла спажыванне анода на 12%, выкарыстоўваючы кокс з нізкім утрыманнем серы).
   • Кокс са сярэднім утрыманнем серы (S 2%–4%): падыходзіць для алюмініевых анодаў для электролізу, забяспечвае баланс паміж коштам і прадукцыйнасцю.
2. Высокая талерантнасць да попелу (са спецыяльным кантролем прымешак)
   Змест ванадыю ў попеле павінен быць ≤0,03%, каб пазбегнуць перыядычнага зніжэння эфектыўнасці электролізу алюмінію па току. Прымешкі натрыю патрабуюць строгага кантролю, каб прадухіліць акісленне анодных сот.
3. Высокая крышталічнасць і ўстойлівасць да тэрмічных удараў
   Ігольчасты кокс пераважнейшы дзякуючы сваёй валакністай структуры, якая забяспечвае высокую шчыльнасць, трываласць, нізкую абляцыю і выдатную ўстойлівасць да цеплавых удараў, што дазваляе яму вытрымліваць частыя тэмпературныя ваганні падчас электролізу алюмінію. Нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння мінімізуе структурныя пашкоджанні, падаўжаючы тэрмін службы катода.
4. Памер часціц і механічная трываласць
   • Пераважныя камяністыя часціцы: зніжаюць утрыманне парашкападобнага коксу, каб прадухіліць паломкі падчас транспарціроўкі і абпалу, забяспечваючы механічную трываласць.
   • Высокая доля кальцынаванага коксу: 70% кальцынаванага коксу выкарыстоўваецца ў алюмініевых электролізных анодах для павышэння праводнасці і каразійнай стойкасці.
5. Высокая электраправоднасць
   Ігольчастыя коксавыя электроды могуць праводзіць ток 100 000 А, што дазваляе дасягнуць эфектыўнасці выплавкі сталі 25 хвілін на печ і праводнасці ў тры разы вышэйшай, чым у звычайнага коксу, што значна зніжае спажыванне энергіі.

III. Кароткі змест асноўных адрозненняў

IV. Тэндэнцыі галіны

• Аноды літый-іённых акумулятараў: Новы ядзерна-структураваны кокс (радыяльная тэкстура) і мадыфікаваны пекам кальцынаваны кокс (які павялічвае тэрмін службы цвёрдага вугляроднага анода) з'яўляюцца новымі напрамкамі даследаванняў для далейшай аптымізацыі шчыльнасці энергіі і прадукцыйнасці цыклаў.
• Алюмініевыя катоды: расце попыт на 750-міліметровыя буйныя ігольчастыя коксавыя электроды і кокс сярэдняга ўтрымання серы для драбнення карбіду крэмнію, што спрыяе распрацоўцы матэрыялаў у бок павышэння праводнасці і зносаўстойлівасці.