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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

7、的全流程试验生产线。试验设备、检测仪器从德国、瑞士、美国、日本引进。巧妇难为无米之炊 由于用中国最好的原料和沥青生产的石墨化阴极属于软石墨化阴极，在铝电解用户因耐磨性差的顾虑而影响其推广使用。由于等方焦可以用来生产核石墨、航天航空用石墨，所以等方焦的技术及产品就像芯片一样对中国实行严格封锁的。为了能够生产与德国、法国质量媲美的硬石墨化阴极，我寻找中国特种焦炭研发、生产能力最强的单位合作，率先研发中国的等方焦。本人工作角色的溯源性转换 从电解铝终端用途-形象地比喻为做面包。为做好面包，需要加工面包的优质面粉，结果发现中国没有优质专用小麦。再溯源种植小麦-研发中国的等方焦。我们的等方焦研发成功后，

8、除解决自身的石墨化阴极出口业务外，还延伸应用在了等静压特炭领域、锂离子电池石墨负极领域（国内锂离子电池负极头部企业已是我们等方焦用户）。研发中国的各向同性焦（简称等方焦）研发中国的各向同性焦（简称等方焦）2006年加盟到香港卓然国际有限公司后，在这个国际贸易的平台上，有了研发各向同性焦的便利条件。香港卓然公司与镇江焦化煤气集团公司合作，历时3年的研发，成功工业化生产出等方焦，并委托万基加工成石墨化阴极后出口到了国际上产能最大的两家铝业公司，其质量指标可以与欧洲公司的产品媲美。等方焦的关键质量指标（第一代电煅二次油系）序号序号质量指标项质量指标项目目单位单位指标指标备注备注1真密度真密度g/cm

9、32.122粉末电阻率粉末电阻率m1503振动堆积密振动堆积密度度g/cm30.8524mm粒度粒度4粒子稳定性粒子稳定性%925石墨化度石墨化度%65等方焦的质量特性等方焦的“三高一低”特性1、高各向同性2、高密度3、高强度4、低孔隙率、纳米级小孔径。蜂窝状焦的孔径分布曲线孔径孔径nm蜂窝状焦孔径分布特点 蜂窝状焦的孔径分布曲线：主要孔隙的孔径范围为80000000nm，曲线有三个挨得很近的波峰。第一个波峰小，它所对应孔径为25000nm；第二个波峰也小，它所对应的孔径为35000nm；第三个波峰高，它所对应的孔径为60000 nm。通过波峰的高度对比分析可以发现：蜂窝状焦的孔隙中以6000

10、0nm 的大孔隙为主。等方焦的孔径分布曲线孔径孔径 nm等方焦的孔径分布特点 等方焦的孔径分布曲线：孔径范围0nm75000nm，曲线有 三个波峰。第一个波峰是最高峰，孔径在25nm；第二个波峰小，所对应的孔径为1750nm；第三个波峰也小，所对应的孔径为25000 nm,其波峰高度与第二个相当。通过波峰的高度对比分析可以发现：等方焦的孔隙中以25nm 的小孔隙为主，其它孔径的孔隙含量相近。对比孔径分布规律可以发现1、等方焦焦不仅总孔隙率低，而且孔径是纳米级的小孔径。2、利用各等方焦焦的孔隙特征，可以作为耐腐蚀的结构性材料，如铝电解石墨化阴极、强酸强碱的石墨热交换器等。3、可以用在锂电池负极粉

11、、钠离子电池负极粉。4、等静压石墨、模压石墨等特炭领域。5、氢燃料电池石墨双极板。6、核石墨、航空航天石墨。2012年石墨化阴极出口挪威年石墨化阴极出口挪威HYDRO的化验报告的化验报告前面的报告显示 用各等方焦生产的石墨化阴极的导热系数的各向异性系数为1.04，已满足核石墨对导热系数的各向异性系数的要求。用振动成型生产的石墨化阴极具有如此高的各向同性，充分证明等方焦原料的高各向同性。等方焦用于锂电石墨负极的话，与中间相碳微球具有共同的高倍率、长循环优势。合作邀请 等方焦在功率型锂离子电池石墨负极和钠离子电池炭负极具有先天性的优势，热烈欢迎从事功率型锂离子电池石墨负极和钠离子电池炭负极材料的研

12、发人员与我们合作，形成从面包、面粉加工、到小麦种植的技术深度融合，开拓性地创新研发性价比最高的功率型锂离子石墨负极和钠离子电池炭负极材料。合作联系方式 杨观章 ，微信号 邮箱：钠离子电池硬碳负极与软炭碳负极之间自由转换的设想 目前钠离子电池碳负极材料分硬碳负极和软碳负极两大类型。钠离子电池体系还需一段时间的实践磨合后，才能由市场选择确定主流的电池体系及其产品。以不变应万变研发策略，通过各向同性度指标的调整，实现硬碳与软碳的自由切换，减少研发风险。谢谢聆听！热忱欢迎面包师、面粉加工的工程师与我种小麦的农艺师交流技术，把铝电解行业成熟的钠离子吸收控制技术、石墨化阴极研发经验和感悟借鉴到钠电、锂电和与之配套的负极行业，抛砖引玉，让合作伙伴少走研发的弯路。竭诚为钠电和锂电企业，以及与其配套的负极企业服务。