【原创】依赖进口!原来我国高端人造石墨负极材料仍有“短板”


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[导读]我国生产高端人造石墨负极材料的针状焦依赖进口?

www.188betkr.com 讯2023年,我国进口针状焦占比13.1%,主要用于生产高端人造石墨负极材料。

针状焦是一种高质量的碳素材料,是化工工业的重要原料之一,是人造石墨的一种,由于其表面有显著的条状纹理,被破坏后大部分是细长的针状碎片,在显微镜下可以看到纤维组织,所以被称为“针状焦”。

1、针状焦分类与应用

根据原料来源的不同,针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两大类。其中,油系针状焦的生产原料为石油炼制过程中产生的催化裂化澄清油、润滑油精制抽出油和热裂化焦油等;煤系针状焦的主要原料为焦炭生产过程中的煤焦油沥青及其馏分油。针状焦具有热膨胀系数低、易石墨化等优点,主要应用于制造电炉炼钢用高功率/超高功率石墨电极、锂离子电池用人造石墨负极材料等,同时也用于生产电化学用超级电容器、核石墨等其他特种炭素制品。

2、针状焦生产技术

针状焦的制备是通过液相炭化技术,将焦化原料逐渐热解和缩聚形成中间相小球。中间相小球再经充分长大、融并、定向,最后碳化成流线型结构的针状焦。生产工艺分为原料优化、延迟焦化和煅烧3个部分。

针状焦煅烧工艺

其中,延迟焦化得到的产品称为针状焦生焦。生焦在旋转窑中或者在回转床煅烧炉中进行煅烧(煅烧温度通常为1500~1800K)后得到针状焦煅后焦(也称熟焦)。在煅烧过程中,生焦的热处理能够进一步降低生焦中的挥发分。

对于针状焦熟焦,一些重要的参数会决定其品质和用途。举例说明,热膨胀系数(CTE)越低,热抗震性能越好;硫含量较高容易使电极在石墨化生产过程出现气胀,导致裂纹产生;真密度越高,石墨化程度越高。其他的一些重要参数还包括电阻率、灰分、振实密度、可磨指数等。

3、针状焦用作人造石墨负极材料

目前,锂电池负极材料主要分为天然石墨负极材料和人造石墨负极材料。人造石墨按照原料的来源又可分为油系焦和煤系焦。

人造石墨原料分类

针状焦由于具有易石墨化、成本低、丰度高、嵌锂电位低和循环寿命长的特点,是生产优质人造石墨负极材料的重要原料。用于生产人造石墨负极材料的针状焦主要为煅前焦和少量的煅后焦。针状焦经破碎、混合、造粒、石墨化预处理、石墨化、筛分制得人造石墨负极材料,具有较高的结晶度和石墨化度,接近完美的石墨层状结构。研究表明,不同的制造工艺能够影响负极材料的倍率性能、循环寿命、首次效率与压实密度等性能。

4、全球针状焦产能分布

2023年,全球针状焦产能为484.8万吨/年,其中,我国针状焦产能为379.8万吨/年,占全球产能的78.3%,我国针状焦产能在全球产能的占比逐年提升;国外针状焦产能保持平稳,维持在105.0万吨/年。

国内针状焦总产能中,煤系针状焦产能为135.0万吨/年,占比35.5%;油系针状焦产能为244.8万吨/年,占比64.5%。国外针状焦产能集中在英国、美国、日本和韩国。我国针状焦产能主要集中在山东、辽宁和山西,合计占比73.9%,其中,山西均为煤系针状焦。2024年,我国规划新增针状焦产能为93万吨/年,主要分布在山东,占比56.9%,新增产能主要为油系针状焦,占比54.8%。

5、我国人造石墨负极对针状焦的需求

2023年,我国人造石墨负极材料总产量占石墨负极材料产量比重超80%。据统计,2023年国内人造石墨负极材料行业共消耗针状焦55.4万吨,其中国产针状焦占比达86.9%;进口针状焦占比13.1%,主要用于生产高端人造石墨负极材料。

近年来,得益于新能源汽车、通信储能、电力储能和智能穿戴等应用领域的快速发展,锂电池负极材料市场迎来爆发式增长。从石墨负极材料市场来看,据统计,我国锂电池负极材料出货量由2017年的14.9万吨增长至2023年的176.2万吨,年均复合增长率达50.9%其中,人造石墨负极材料占比持续提升,市场份额由2017年的67.9%上升至2023年的84.5%。预计到2025年我国锂电池负极材料需求将超过190万吨,人造石墨负极材料需求将超过160万吨。

我国锂电池负极材料产量及增长率

我国人造石墨负极材料产量及市场份额占比

随着低硫石油焦也被用于生产人造石墨负极,预计2025年将有近半数的人造石墨负极材料以低硫石油焦为原料,按照每吨人造石墨负极材料需要针状焦1.8~2.0吨计算,2025年对针状焦的需求量将超过140万吨。

参考来源:

房挺,等:我国针状焦行业现状分析及未来展望,中国石化炼油销售有限公司

李超,等:针状焦在不同领域中的应用,中国石化茂名分公司研究院

郭新房,等:特种石墨用针状焦的制备与应用研究进展,山东益大新材料股份有限公司


(www.188betkr.com 编辑整理/昧光)

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作者:昧光

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