• 14 Jun, 2022
• Por EPIC Powder
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Un artículo para comprender el polvo de grafito artificial y su aplicación en la estera del ánodo de

El grafito artificial tiene excelentes propiedades físicas y químicas, como peso ligero, resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis, autolubricación, buena conductividad eléctrica y térmica, y es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, automotriz, naval, química y otros campos. En el campo de la batería de litio, el grafito artificial tiene las características de alta capacidad, buen rendimiento de ciclo y velocidad, gran adaptabilidad a los electrolitos y buena seguridad. Su cuota de mercado en materiales de ánodo de baterías de iones de litio también aumenta año tras año.

¿Qué es el polvo de grafito artificial?

Los productos de grafito artificial producen una cierta cantidad de virutas en el proceso de mecanizado, denominadas polvo de grafito artificial.

Los productos de grafito de gama alta, como intercambiadores de calor, tanques de reacción, filtros, anillos de pistón, anillos de sellado y cojinetes, se mecanizan principalmente a partir de piezas brutas de grafito artificial de alta densidad y alta resistencia, pero debido a la alta fragilidad y la mala maquinabilidad del grafito artificial. además de la existencia de interferencias en la herramienta, el corte mecánico tradicional generará una gran cantidad de polvo de grafito artificial. El polvo de grafito artificial es difícil de reciclar y reutilizar, y causará contaminación por polvo si no se maneja adecuadamente. Debido a los diferentes usos de los productos de grafito artificial, los materiales y procesos son diferentes, y las propiedades físicas y químicas del polvo de grafito producido también son diferentes. La producción anual mundial de varios productos de grafito artificial es de aproximadamente 3 millones de toneladas, y alrededor del 20 % al 30 % de los productos de desecho debido al procesamiento de cortes o grietas se convierten en polvo de grafito artificial.

En la actualidad, el desarrollo y la aplicación de polvo de grafito artificial se utiliza principalmente como materia prima para la producción de materiales de ánodo de batería o como aditivo para mejorar el rendimiento de los materiales compuestos.

La mayoría de los materiales de ánodo de grafito artificial de gama media y alta están hechos de coque de petróleo y coque de aguja como materias primas, que se preparan mediante molienda de polvo, granulación secundaria, revestimiento de asfalto, carbonización, grafitización y otros procesos. El proceso de producción es largo y el costo de fabricación también es alto. .

El material del electrodo negativo preparado directamente a partir de polvo de grafito artificial tiene un área de superficie específica alta y una densidad de derivación baja, y generalmente se usa como un material de electrodo negativo de gama baja.

Algunos estudios han encontrado que el material del electrodo negativo compuesto tiene el mejor rendimiento general y el rendimiento a baja temperatura mejora significativamente al mezclar polvo de grafito artificial y polvo de carbón duro en una proporción de masa de 3:7. Algunos investigadores utilizaron asfalto modificado para recubrir, preoxidar y carbonizar polvo de grafito artificial, lo que mejoró enormemente el rendimiento electroquímico del material del electrodo negativo.


Clasificación y propiedades del polvo de grafito artificial.

De acuerdo con la diferencia del coque agregado de polvo de grafito, el polvo de grafito artificial se puede dividir en polvo de grafito de electrodo de potencia ultra alta, potencia alta, polvo de grafito de electrodo de potencia ordinaria y polvo de grafito de producto de grafito especial.
En comparación con el estándar de calidad del material del ánodo de grafito de la batería de iones de litio GB/T24533--2019, según el contenido de carbono del material del ánodo de grafito, se puede dividir en 4 categorías: ≧99,97 %, ≧99,95 %, ≧99,90 %, ≧99,70 % Según el contenido de hierro, se puede dividir en 5 categorías: ≦10×10-6, ≦20×10-6, ≦30×10-6, ≦50×10-6, ≦100×10-6. Cuanto mayor sea el contenido de carbono y menor el contenido de hierro, mayor será el nivel de calidad de los materiales de electrodos negativos a base de grafito. En la Figura 1 se puede ver que el polvo de grafito del electrodo conjunto puede cumplir con los requisitos básicos de calidad de los materiales de ánodo de grafito en términos de rendimiento, mientras que los electrodos de grafito ordinarios de alta potencia y los polvos de grafito especiales tienen un bajo grado de grafitización, bajo contenido de carbono, y alto contenido de cenizas y hierro. Existe una gran brecha en los requisitos de calidad de los materiales de electrodos negativos.

Propiedades electroquímicas de materiales anódicos preparados a partir de polvo de grafito artificial

Los investigadores tomaron el polvo de grafito de la línea de procesamiento de productos de grafito artificial por separado en un molino de chorro turbo para pulverizar, moldear y esferoidizar para preparar un material de electrodo negativo con un tamaño de partícula de D50 de 18-22 μm. Las propiedades fisicoquímicas del material del electrodo negativo preparado se probaron de acuerdo con los métodos de detección e inspección del estándar nacional GB/F24533-2019 "Materiales de electrodos negativos de grafito para baterías de iones de litio". Después de eso, se fabricó una batería de botón LIR2025 y se probaron y analizaron sus propiedades electroquímicas. Las propiedades fisicoquímicas y electroquímicas se muestran en la Tabla 2.


Se puede ver que diferentes polvos de grafito artificial pueden preparar materiales de ánodo electroquímicamente activos, entre los cuales el polvo de grafito conjunto y el material de ánodo de polvo de grafito de electrodo de ultra alta potencia tienen mejor capacidad específica y primera eficiencia coulombiana. Los electrodos ordinarios y los productos especiales de grafito tienen una capacidad específica baja debido a su bajo grado de grafitización.

Deficiencias y Modificaciones de Materiales Negativos Preparados por Polvo de Grafito Artificial


Tomando el polvo de grafito de la junta del electrodo como ejemplo, los investigadores analizaron el contenido de cenizas y hierro en el polvo de grafito de la junta del electrodo, y el daño del contenido de hierro del material del electrodo negativo a la batería. Dado que la capa superficial de los productos de grafito artificial se adhiere a las impurezas, como los materiales resistentes al horno de grafitización, si estas impurezas no se tratan previamente, el contenido de cenizas y hierro del polvo de grafito aumentará significativamente, lo que afectará seriamente la calidad del material del electrodo negativo preparado. La investigación experimental muestra que la limpieza y purificación de la superficie tiene un efecto muy evidente en la reducción del contenido de cenizas y hierro en el polvo de grafito.

Después de que el polvo de grafito artificial se convierte en partículas de tamaño micrométrico mediante trituración y trituración mecánica por corrientes de Foucault de alta velocidad, la morfología de la superficie y la microestructura sufrirán cambios sutiles, mostrando los defectos de fragmentos de escala de superficie aumentados, área de superficie específica aumentada y baja densidad de golpeteo. . Afecta el juego completo del rendimiento electroquímico. En vista de los defectos existentes, mediante la modificación de la tecnología de proceso adecuada, el polvo de grafito se puede utilizar para preparar materiales de ánodo de gama media y alta.

En general, la preparación de materiales de ánodo a partir de polvo de grafito artificial es un esquema de producción de material de ánodo verde, respetuoso con el medio ambiente y que ahorra energía, que es digno de investigación y promoción. Al fortalecer la investigación sobre la aplicación de polvo de grafito artificial a materiales anódicos, se cree que habrá un buen margen de mejora en este campo en el futuro.