Microsphères de mésocarbone ( MCMB ) sont des matériaux carbonés sphériques de taille micrométrique, présentant une structure stratifiée de cristaux liquides nématiques, générée par condensation thermique de composés aromatiques lourds tels que l'asphalte. Certains MCMB sont préparés à partir d'asphalte de pétrole ou de goudron de houille comme matières premières.

S structure et C caractéristiques

Les performances exceptionnelles du MCMB sont entièrement dues à sa structure physique et chimique unique :

Morphologie des particules sphériques :

Avantages : Les particules sont parfaitement sphériques ou presque sphériques, avec une surface lisse. Cette forme leur confère une excellente fluidité et une excellente densité de compactage, facilitant ainsi leur application uniforme lors de la préparation des boues d'électrodes. Après compactage, des feuilles d'électrodes à densité énergétique plus élevée peuvent être obtenues.

Structure graphitique en couches :

Avantages : Après un traitement de graphitisation à haute température, les atomes de carbone sont disposés en une structure stratifiée hautement ordonnée. Cette structure offre un canal stable et dégagé pour l'insertion et l'extraction des ions lithium, offrant ainsi d'excellentes performances (charge et décharge rapides) et une longue durée de vie.

Isotrope :

Avantages : Contrairement à l'anisotropie des structures en feuille de graphite ordinaires, la structure sphérique du MCMB garantit des propriétés identiques dans toutes les directions. Cela permet d'intégrer des ions lithium depuis n'importe quelle surface de la bille, évitant ainsi le problème de dilatation inégale dû à la directionnalité. De plus, la structure est très stable.

Principaux avantages en tant que matériau d'électrode négative pour les batteries

Sur la base de la structure ci-dessus, MCMB négatif matériau d'électrode présente les caractéristiques de haute performance suivantes :

Performances de grossissement élevées : Idéal pour les applications de charge rapide. Les ions lithium peuvent rapidement intégrer et détacher des particules sphériques provenant de différentes directions, ce qui permet une rétention de capacité élevée et une faible polarisation lors des charges et décharges à courant élevé.

Excellente durée de vie du cycle : la structure hautement graphitée et la stabilité sphérique entraînent des changements de volume de matériau minimes pendant les processus de charge et de décharge, ce qui rend la structure moins sensible aux dommages et capable de résister à des milliers de cycles.

Bonnes performances à basse température : son mécanisme d'insertion de lithium unique lui permet de maintenir une capacité et une puissance de sortie relativement bonnes dans des environnements à basse température.

Haute sécurité : la structure sphérique présente une bonne compatibilité avec les électrolytes, moins de réactions secondaires et une stabilité thermique relativement élevée.

Processus de préparation technique

La préparation du MCMB est un procédé complexe et énergivore, ce qui explique son coût élevé. Les principales étapes comprennent :

Traitement des précurseurs : sélectionnez du brai de goudron de houille ou du brai de pétrole approprié comme matières premières.

Formation de la phase intermédiaire (carbonisation en phase liquide) : Sous atmosphère inerte, l'asphalte est chauffé à environ 400 °C. À cette température, les grosses molécules aromatiques de l'asphalte subissent une décomposition thermique, une condensation et un réarrangement, formant un état cristallin liquide appelé « phase intermédiaire ». Ce type de cristal liquide forme spontanément des sphères de la taille d'un micromètre sous l'action de la tension superficielle.

Séparation et extraction : Le MCMB formé est séparé et lavé de l'asphalte restant à l'aide d'un solvant tel que la quinoléine.

Carbonisation et graphitisation : Ce sont les étapes les plus critiques et les plus énergivores. La carbonisation est d'abord réalisée à environ 1 000 °C après un traitement sans fusion, puis un traitement thermique est réalisé dans un four de graphitisation à ultra-haute température jusqu'à 2 800 °C-3 000 °C pour transformer la structure désordonnée du carbone en une structure stratifiée de graphite hautement ordonnée.

Criblage et conditionnement : Enfin, tamiser selon la gamme granulométrique requise par le client.

La graphitisation à ultra-haute température au cours de ce processus est l’une des principales sources de coûts.

Principaux domaines d'application

En raison de ses performances élevées (et bien sûr de son coût élevé), le MCMB est souvent utilisé dans des domaines qui nécessitent des performances, une durée de vie et une fiabilité extrêmement élevées :

Produits électroniques grand public haut de gamme, tels que des ordinateurs portables ultra-minces et des batteries pour smartphones haut de gamme.

Batterie d'alimentation : spécialement conçue pour les batteries de véhicules électriques qui ont des exigences extrêmement élevées en matière de charge rapide et de durée de vie.

Système de stockage d'énergie (ESS) : spécialement conçu pour le stockage d'énergie du réseau et les systèmes de stockage d'énergie domestique qui nécessitent des charges et des décharges fréquentes et une longue durée de vie.

Batteries à usage spécifique : domaines tels que les drones, l'aérospatiale, les équipements médicaux, etc. qui nécessitent des performances de batterie extrêmement élevées.