“經(jīng)過十余年的科研攻關(guān),我們用尾焦‘黑粉’做成了石墨‘黑金’,將無處可放的工業(yè)垃圾轉(zhuǎn)變成為稀缺寶貴的資源?!?月28日,山西沁新集團(tuán)新創(chuàng)新材料有限公司技術(shù)總監(jiān)唐杰說。前不久,該公司在2024鋰電池負(fù)極材料市場(chǎng)及前沿技術(shù)高峰論壇上,榮獲“鋰電負(fù)極材料新星閃耀獎(jiǎng)”。
當(dāng)日,《科學(xué)導(dǎo)報(bào)》記者走進(jìn)位于長(zhǎng)治市沁源縣沁河鎮(zhèn)賢友村村南的山西新創(chuàng)新材料有限公司球化車間,一排排高大的高溫釜伴隨著機(jī)器轟鳴聲正在運(yùn)行。在其內(nèi)部650℃的環(huán)境中,混合著瀝青的尾焦粉被不停地?cái)嚢瑁匦滤堋靶巍?。?jīng)過6個(gè)小時(shí)的高溫后,尾焦粉就變成了半成品,再經(jīng)石墨化,新能源鋰電池負(fù)極材料“人造石墨”就做好了。
山西沁新集團(tuán)以煤起家,擁有大型焦化廠,但在煉焦過程中產(chǎn)生的黑色尾焦粉不僅影響生產(chǎn),還污染環(huán)境。經(jīng)過學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、考察,山西沁新集團(tuán)總部認(rèn)為,尾焦粉含碳量高、內(nèi)部空隙發(fā)達(dá)、有一定強(qiáng)度等特質(zhì),符合新能源鋰電池負(fù)極材料的要求。于是在2012年全國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)剛起步時(shí),該集團(tuán)就將目光鎖定在鋰電池負(fù)極材料——人造石墨上。
鋰電池?fù)碛姓龢O材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液四個(gè)組成部分。負(fù)極材料被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)快速充電、超長(zhǎng)續(xù)航的關(guān)鍵?!叭绻唁囯姵乇茸餍钏兀敲?,理想的負(fù)極材料就能容納更多的鋰離子,讓水池更深?!碧平苷f。
那怎樣讓尾焦粉做成的人造石墨容納更多鋰離子呢?顆粒要小,密度要適中??缮a(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)還無人知曉。
2013年,集團(tuán)抽調(diào)24名技術(shù)人員赴中南大學(xué)學(xué)習(xí)、探索、試生產(chǎn)。唐杰回憶說,為了在納米級(jí)的范圍內(nèi)尋找最合適的顆粒直徑,他們一次次地研磨、測(cè)試。實(shí)驗(yàn)原料從幾克到幾公斤再到幾百公斤,生產(chǎn)線上的操作細(xì)節(jié)一點(diǎn)點(diǎn)完善,數(shù)據(jù)日益精準(zhǔn)。3年后,一套以尾焦粉為原料的人造石墨生產(chǎn)體系初現(xiàn)雛形。
2016年底,技術(shù)人員歸來,一家年產(chǎn)2萬(wàn)噸動(dòng)力型鋰離子電池負(fù)極材料的高新技術(shù)企業(yè)開始籌建。到2019年,山西新創(chuàng)新材料有限公司已成為全市負(fù)極材料“鏈主”企業(yè)、全市高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)企業(yè),還被國(guó)家工信部認(rèn)定為“國(guó)家級(jí)綠色工廠”。
隨著自身的發(fā)展壯大,該公司還從南開大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等院校引進(jìn)高端創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì),專門從事產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品升級(jí)、工藝改造、品質(zhì)管控等工作。
截至2022年底,該公司已取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)18項(xiàng),其中“一種鋰離子動(dòng)力電池用煤焦粉基負(fù)極材料及其制備方法”榮獲山西省專利一等獎(jiǎng),并先后通過了汽車質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)、能源管理體系標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證及檢測(cè)專業(yè)第三方中心檢測(cè)。
“如今,用我們的負(fù)極材料做成的電池,可以在10分鐘內(nèi)充滿電。”唐杰介紹說,傳統(tǒng)石油焦人造石墨原料在高溫?zé)崽幚磉^程中,微晶層間距會(huì)縮小。煤焦基人造石墨質(zhì)地偏硬,具有微孔、微晶層間距適宜等特點(diǎn),有利于鋰離子的嵌入,而不會(huì)引起結(jié)構(gòu)顯著膨脹,因此具有很好的快速充放電性能。
得益于此,業(yè)內(nèi)知名負(fù)極材料企業(yè)紛紛投來橄欖枝,與該公司形成戰(zhàn)略合作關(guān)系,該公司所產(chǎn)電池已廣泛運(yùn)用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、航模、電腦、手機(jī)等領(lǐng)域,每噸售價(jià)3萬(wàn)元以上。