杨观章-各向同性焦（简称等方焦）在钠离子电池炭负极材料应用前瞻.pdf

1、各向同性焦（简称等方焦）在钠离子电池各向同性焦（简称等方焦）在钠离子电池炭负极材料应用前瞻炭负极材料应用前瞻杨观章杨观章2023年年5月月9日日本人工作经历简介1989年毕业于中南大学有色冶金系炭素材料专业。在合肥炭素厂、湖北赤壁炭素厂从事石墨电极生产技术7年。在湖北华盛铝厂从事电解铝生产技术6年。在河南万基研发、生产石墨化阴技术4年。派驻到镇江焦化煤气集团公司研发、生产各向同性焦技术 17年。中南大学炭素专业简介华国锋担任主席期间，我国从日本引进宝钢和贵州铝厂样板工厂。其中贵铝引进包括：电解铝、阴极炭素、阳极炭素三个分厂。为消化吸收贵铝引进的炭素技术，有色总公司指令中南工大成立炭素专业，教材

2、和老师依托湖南大学。我的毕业设计是年产1万吨的铝用阴极炭素厂，当时日本正研究石墨化阴极。中南大学电化学实验室 中南大学的前身是中南矿冶学院，隶属于有色总公司。64种有色金属，大多是先火法粗冶，然后电解精炼。多种有色金属的电解精炼成就了电化学实验室，位居亚洲高校电化学实验室首位。培养了王传福、钟发平等众多电池材料精英。他山之石可以攻玉（一）我在担任湖北华盛铝厂技术科长期间，铝厂进行了自改预的技术改造，从60KA自焙槽改为82KA预焙槽，投产初期就有大量槽破损而停产大修。设计院请全国电解铝和阴极炭素专家会诊，会诊结论是：阴极电流密度过高，需要用石墨化阴极替代半石墨质阴极。西北某铝厂新建300KA大

3、型预焙槽投产后长期高烧，不能转入正产生产。专家会诊意见也是用石墨化阴极替代半石墨质阴极。为解决上述难题，促使我去河南万基率先研发中国的石墨化阴极。他山之石可以攻玉（二）上世纪八十年代末期，日本的能源危机加剧，迫使日本全面关停电解铝厂，把拆除的电解铝设备卖给中国，日本放弃高耗能的电解铝工业，公布石墨化阴极的阶段性研究成果后，终止了石墨化阴极的再研究。日本研究石墨化阴的阶段性成果承接日本的石墨化阴极技术研发 石墨化阴极的电阻率可以从半石墨质的30m降到10 m以下，可以大幅降低大型铝电解槽阴极电阻发热量，维持阴极区域的热量平衡，化解大型铝电解槽的发烧问题。石墨化阴极的导热率可以从半石墨质的30w/

4、(k.m)提高到100 w/(k.m)以上，增强阴极区域的散热量，一起化解发烧的问题。解决石墨化阴极的耐磨性问题 铝电解槽阴极区域的强旋涡问题：从阳极到阴极的垂直大电流，在空间产生强磁场，在阴极钢棒导出电流时存在水平电流，电磁作用和阳极气体的搅拌作用下，在阴极炭块表面生成很强的旋涡，铝液旋涡会磨损阴极炭块表面。恰恰石墨化阴极最显著的缺点就是不耐磨的问题。研发中国的石墨化阴极 我走访了全国所有的炼油厂和沥青工厂，选取了各厂的石油焦、沥青焦、改质沥青，历时2年进行原料筛选试验。设计出的石墨化阴极孔径必须可以选择性吸收钠离子，而不能吸收铝原子，否则会加速阴极的早期破损。在铝电解槽启动后有专门的后期管

5、理技术规程，让钠离子渗入阴极孔隙后，分子比逐步降低至正常水平（分子比从3.5逐步降至2.4左右）。软石墨化阴极 用易石墨化的蜂窝状焦或海绵状焦生产的石墨化阴极体积密度只有1.6g/cm3左右，抗压强度小于20MPa，抗折强度小于7MPa。机械磨损试验：耐磨性差。国际上把这种石墨化阴极称为软石墨化阴极。其生产原料因易石墨化，被划为软碳原料。硬石墨化阴极 德国SGL公司和法国莎瓦公司承接日本的研发成果，继续进行研究，专门与炼油厂合作，研发成功硬碳原料-Isotropic coke(直译为各向同性焦），我和包崇爱把它翻译命名为等方焦，便于与针状焦类似的命名规则，简单明了地称呼，更便于专业技术人员从结

6、晶学理论，理解等方焦的材料特性。国际上把用等方焦生产的石墨化阴极称为硬石墨化阴极。硬石墨化阴极的质量特性 用难石墨化的等方焦生产的石墨化阴极体积密度在不浸渍的情况下1.7g/cm3以上，抗压强度大于30MPa，抗折强度大于10MPa。机械磨损试验：耐磨性优越。国际上把这种石墨化阴极称为硬石墨化阴极。其生产原料因难石墨化，被划为硬碳原料。核心技术是买不来的 在河南万基石墨化阴极工程设计初期，曾考虑从日本高价购买石墨化阴极的专利技术，日本坚决拒绝向中国转让石墨化阴极技术，不论出多少钱也不卖给中国。我们被迫走自力更生的研发之路。我用准备买日本专利的钱建成了国际一流的炭素材料研发实验室，并带有中试功能