高温回转管式炉在负极材料碱活化与CO₂活化中的应用

高温回转管式炉在负极材料碱活化与CO₂活化中的应用

一、碱活化（KOH/NaOH活化）

• 温度：700~900℃（回转管式炉，N₂或Ar保护）。
• 碱碳比：KOH:碳 = 2:1~4:1（质量比），需预混合或喷雾浸渍。
• 升温速率：5~10℃/min，保温1~3h，避免局部熔融（KOH熔点360℃）。
• 尾气处理：需配置碱洗塔中和腐蚀性KOH蒸气。
• 典型应用：
  • 生物质基硬碳（椰壳、淀粉）活化后比表面积从~50 m²/g增至1500~2000 m²/g，首次库伦效率≥80%（通过后续高温退火修复表面缺陷）。
  • 人造石墨二次活化，引入介孔（2~5 nm）缩短Li⁺扩散路径，实现5C快充容量保持率＞90%。

二、CO₂活化（物理活化）

• 温度：800~1100℃（回转管式炉，CO₂或CO₂/N₂混合气）。
• CO₂浓度：30~100%，流速0.5~2 L/min（需根据炉管体积调整停留时间）。
• 活化时间：30min~2h，通过失重率（5~20%）在线监控终止点。
• 协同工艺：可先CO₂活化造孔，再CVD包覆（如甲烷900℃沉积碳层），封闭部分微孔以减少首次不可逆容量。
  典型应用：
• 天然石墨球形颗粒CO₂活化后，微孔体积增加0.3 cm³/g，0.1C可逆容量提升至365 mAh/g（接近理论值372 mAh/g），且1C循环500次容量保持率＞95%。

三、回转炉工艺优化要点

1. 防粘壁：碱活化时，炉管内壁需喷涂SiC涂层或定期刮料，避免KOH熔融后粘附。
2. 气氛闭环：CO₂活化后，尾气中CO浓度可达20~30%，需配置燃烧器将CO转化为CO₂回收，降低碳排放。
3. 连续化设计：回转管式炉可串联“活化→冷却→酸洗（除K₂CO₃）→干燥”模块，实现生物质到硬碳的一体化制备（如稻壳碳产率从35%提升至55%）。