中间相炭微球负极材料

典型锂电池中间相炭微球负极材料生产的能耗与碳排放分析高思雯;龚先政;孙博学【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2018(032)022【摘要】中间相炭微球(MCMB)负极材料作为新型材料受到了社会的关注,同时其制造所带来的环境污染也逐渐增加.本工作针对锂电池MCMB材料开展了全生命周期能耗与碳排放研究,功能单位定义为生产1 t MCMB负极材料产品,系统边界包括原料获取、能源供应与材料生产阶段,分析了MCMB材料全生命周期的能耗结构,辨识了碳排放的关键影响因素.能耗分析结果显示,1 t MCMB负极材料的全生命周期能耗为149.37 GJ,初级能耗结构为原煤(82.82％)、原油(11.03％)、天然气(6.15％),能源生产阶段对生命周期能耗的贡献度为80.81％.碳排放分析结果显示,生产1 t MCMB负极材料的碳排放总量为11 824.61 kg CO2-eq,电力、中温沥青和焦炉煤气消耗量对碳排放计算结果的影响最为显著,调整能源结构是降低MCMB 负极材料生产碳排放的有效手段.【总页数】5页(P4022-4026)【作者】高思雯;龚先政;孙博学【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;工业大数据应用技术国家工程实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;工业大数据应用技术国家工程实验室,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;工业大数据应用技术国家工程实验室,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TK02【相关文献】1.密友深耕新能源领域多条锂电池负极材料生产线成功运行 [J], ;2.锂电池石墨负极材料生产项目落户永安 [J], ;3.天津大学研制成功中间相炭微球锂电池负极材料 [J],4.基于PLC和WinCC的锂电池负极材料生产过程应用 [J], 李源;熊波5.投资30亿元金士能10万t锂电池负极材料生产基地开建 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

中间相炭微球负极材料简介中间相炭微球负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，具有高比容量、优良的循环稳定性和低成本等优点。

本文将对中间相炭微球负极材料的特性、制备方法以及在锂离子电池中的应用进行全面详细的介绍。

特性1.高比容量：中间相炭微球负极材料具有较高的比容量，可以存储更多的锂离子，从而提高锂离子电池的能量密度。

2.良好循环稳定性：中间相炭微球负极材料在长期充放电循环过程中具有较好的稳定性，能够保持较高的容量和循环寿命。

3.低成本：中间相炭微球负极材料的制备方法简单且成本较低，可以大规模生产，降低锂离子电池的制造成本。

制备方法中间相炭微球负极材料通常通过碳化硅模板法制备，具体步骤如下：1.制备硅模板：将硅颗粒与模板剂混合，通过高温煅烧得到具有孔隙结构的硅模板。

2.沉积碳源：将碳源溶液浸渍到硅模板中，经过干燥和热处理，使碳源在硅模板孔隙中沉积形成中间相炭微球。

3.模板去除：通过酸洗等方法将硅模板溶解，得到中间相炭微球。

4.表面改性：为了提高材料的导电性和循环稳定性，可以对中间相炭微球进行表面改性处理。

应用中间相炭微球负极材料在锂离子电池中具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：1.电动汽车：由于中间相炭微球负极材料具有高比容量和良好的循环稳定性，可以大幅提升电动汽车的续航里程和使用寿命。

2.便携式电子设备：中间相炭微球负极材料可以提供更高的能量密度和更长的使用时间，使得手机、平板电脑等便携式电子设备能够更加持久地使用。

3.储能系统：中间相炭微球负极材料的高比容量使其成为储能系统中的理想选择，可以提供更大的存储容量和更高的能量输出。

4.太阳能电池储能：中间相炭微球负极材料在太阳能电池储能领域具有广阔的应用前景，可以有效提高太阳能电池系统的储能效率和稳定性。

结论中间相炭微球负极材料是一种具有许多优点的新型锂离子电池负极材料。

通过合适的制备方法可以得到具有高比容量和良好循环稳定性的中间相炭微球。

在电动汽车、便携式电子设备、储能系统以及太阳能电池储能等领域都有着广泛的应用前景。

中间相炭微球（MCMB）是一种具有特殊结构和性能的碳材料，广泛应用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等领域。

根据国家标准GB/T 24531-2009《中间相炭微球》，中间相炭微球是一种特殊的碳纳米颗粒，其直径一般在10-100纳米之间，呈球形或类球形结构。

中间相炭微球的主要特点是具有高的比表面积、良好的导电性和优异的电化学性能。

这些特性使得中间相炭微球在能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。

例如，在锂离子电池中，中间相炭微球可以作为负极材料的添加剂，提高电池的能量密度和循环寿命；在超级电容器中，中间相炭微球可以提高电容器的比电容和功率密度；在燃料电池中，中间相炭微球可以提高燃料电池的效率和稳定性。

此外，中间相炭微球还具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在极端环境下保持良好的性能。

这使得中间相炭微球在航空航天、军事等高科技领域也具有重要的应用价值。

然而，中间相炭微球的制备过程复杂，需要通过高温裂解生物质或者石油焦等原料来得到。

因此，如何降低中间相炭微球的制备成本，提高其产量和质量，是目前研究的重要方向。

总的来说，中间相炭微球是一种具有广泛应用前景的新型碳材料。

随着科研技术的不断进步，我们有理由相信，中间相炭微球将在未来的能源存储和转换领域发挥更大的作用。

中间相炭微球中间相炭微球(MCMB)是日本的Honda和Yamada于1973年从沥青中间相中通过溶剂选择分离出的，在此以后，对MCMB的研究快速发展起来。

MCMB是液晶状各向异性的小球体，它具有杰出的物化性能，如化学稳定性、热稳定性、优良的导热导电性能，是一种新型的具有很大发展潜力和应用前景的炭材料，因此它的出现引起了炭材料学界研究的兴趣。

MCMB由于其具有均匀的粒径和良好的球形特点，又兼具有独特的分子层面平行堆砌结构和自粘结性，已成为非常优质的炭材料前驱体，目前已被用于制备高强度高密度炭材料、高比表面积活性炭材料、高效吸附材料、催化剂载体、锂离子电池负极材料1等一系列高性能材料。

本文概述了MCMB的制备方法，及其生长机理和影响因素，并介绍了MCMB在高强高密各向同性炭材料、锂离子电池负极材料等方面的应用。

1中间相炭微球的制备1．1 中间相球体的生成、生长和融并MCMB的制备是以液相炭化理论为指导。

按照液相炭化理论，含有多环芳烃重质成分的烃类，液相炭化过程中生成大量的中间相小球体，要得到粒径均匀、形貌好的MCMB关键在于聚合过程中，怎样适当控制小球体的生长，并阻止小球体之间的融并，这就要控制好液晶分子的生长速率和流动性。

为了能够制备出性能更优异的MCMB，国内外学者对碳质中间相的形成理论进行了广泛而深入的研究，并提出了极具代表性的三种理论；一种为中间相形成机理的传统解释，有机芳香类化合物如煤焦油、沥青等在350～500℃下液相炭化，体系内不断进行着热分解以及热缩聚反应，脱氢后，形成了大量高聚物大分子，随着聚合程度的加深，分子量不断长大，到一定程度后，在范德华力的作用下形成片层叠合，为了体系内两相之间的稳定，片层堆叠到一定程度，形成具有各向异性的中间相小球体，中间相小球体继续聚合母液中的小分子，同时球体之间相互碰撞融并，逐渐成长为大的球体，这就是MCMB生成，生长和融并的过程。

对中间相形成机理进一步完善，提出了“微域构筑”理论，认为应该先由片状芳香分子组装成片状分子堆积单元，然后再堆叠成球形的微域，最后由微域堆积成中间相球体。

中间相炭微球（MCMB）生产技术与市场技术文献大连科技局信息中心创新专题中间相炭微球(MCMB)因其具有良好的化学稳定性、热稳定性和优良的导电、导热等特性，广泛用于锂离子二次电池负极材料、高密高强C／C复合材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面活性炭材料等领域¨。

特别是20世纪9o年代研制出以MCMB为负极材料的锂离子二次电池，大大地推动了MCMB的工业化应用，MCMB已成为一种具有良好应用前景和开发潜力的炭材料。

中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads ,简称为MCMB) 是随着中间相的发现、研究而发展起来的。

最早发现MCMB 的时间可追溯到1961 年,Taylor 在研究煤焦化时发现在镜煤质中有一些光学各向异性的小球体生成、长大进而融并的现象,最终生成了镶嵌结构。

实际上,这些各向异性的小球体就是MCMB 的雏形。

1964 ～ 1965 年,Brooks 和Taylor 发现在沥青液相炭化初期有液晶状各向异性的小球体的生成,此小球体不溶于喹啉等溶剂中,该小球体即为MCMB 的前驱体(沥青中间相球体) ,这为中间相研究奠定了基础。

这时人们对MCMB 的认识还很不足,直到1973 年,才从液相炭化沥青中分离出MCMB ,并开始利用球晶制造无粘结剂各向同性高密度炭材料。

在此以后,对MCMB 的研究快速发展起来。

1978 年,Lewis 在热台显微镜上发现了中间相的可溶热变特征,并最终认定中间相可以包括溶剂不溶的高分子量组分及溶剂可溶的低分子量组分。

此后,日本学者也先后发现了可溶中间相,并对其结构进行了阐述。

1985 年持田勋、山田和本田发表了题为《溶剂可溶中间相和溶剂不溶中间相》的文章,发展了炭质中间相理论,为研究MCMB 提供了更有力的理论指导。

从中间相炭微球发现至今近40 年来,对MCMB 结构、形成机理、球晶分离技术、应用等领域进行了广泛研究,初步得出了MCMB 的结构模型(“地球仪”型和“洋葱”型) 、形成机理, 并提出了几种生产MCMB 的方法。

锂电负极常青树---中间相炭微球锂电负极常青树---中间相炭微球锂电负极材料常青树——中间相炭微球（MCMB ）锂离子电池商业化至今已有几十个年头，材料变化可谓日新月异，正极材料从最开始的钴酸锂到锰酸锂、三元材料，再到今日火爆市场的磷酸铁锂，负极材料从硬炭到中间相炭微球（MCMB ）、人造石墨、天然石墨、合金材料等，每一种材料都在特定的应用领域中受到认可，而其中的中间相炭微球更是横跨多个领域而长盛不衰，一款容量不高，成本却非常高的材料何以有如此旺盛的生命力呢？让我们先来回顾一下它的历史，中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads ,简称为MCMB) 发现于1961 年, 1985 年持田勋、山田和本田发展了炭质中间相理论, 为研究MCMB 提供了更有力的理论指导。

上个世纪九十年代，锂离子电池刚刚兴起时，负极材料以硬炭为主，容量只有200mAh/g左右，锂离子电池高比能量的优势并没有得到完美体现，中间相炭微球的出现改变了尴尬的局面，以接近300mAh/g的高容量迅速占领了市场，成为了当时手机、数码类产品用锂离子电池的主要负极原材料，锂离子电池的市场也就此成爆炸式的发展开来。

进入二十世纪，人造石墨和天然石墨以更高的容量和较低的成本逐步代替了常规锂电中的中间相产品，中间相的销量一度进入低谷，国内外中间相炭微球制造商纷纷减产甚至停产。

但一个新的市场孕育而生，航模、电动工具等高倍率要求的产品逐渐将目光转向了锂电，天然石墨和人造石墨在倍率性能上的劣势让其对此市场望而生畏，中间相炭微球再次力挽狂澜，加快了锂离子电池取代镍镉镍氢的步伐。

2021年以后，锂电在新能源行业的应用逐渐兴起，动力电池高安全、长循环的特性让业界再次将目光集中到了中间型炭微球上。

MCMB 碳具有好的质量比容量（约300mA ·h/g）和低的不可逆质量比容量（约20 mA·h/g）, 而低成本的石墨具有高的质量比容量（350 mA ·h/g），但其不可逆质量比容量（约50 mA ·h/g）比MCMB 碳的高，同时显示出较高的容量衰减率，这对要求长循环，高体积比能量的动力电池而言不太适合。