山西沁新集團：科技助力尾焦粉搖身成“黑金”

“經過十余年的科研攻關，我們用尾焦‘黑粉’做成了石墨‘黑金’，將無處可放的工業垃圾轉變成為稀缺寶貴的資源。”6月28日，山西沁新集團新創新材料有限公司技術總監唐杰說。前不久，該公司在2024鋰電池負極材料市場及前沿技術高峰論壇上，榮獲“鋰電負極材料新星閃耀獎”。

當日，《科學導報》記者走進位于長治市沁源縣沁河鎮賢友村村南的山西新創新材料有限公司球化車間，一排排高大的高溫釜伴隨著機器轟鳴聲正在運行。在其內部650℃的環境中，混合著瀝青的尾焦粉被不停地攪拌，重新塑“形”。經過6個小時的高溫后，尾焦粉就變成了半成品，再經石墨化，新能源鋰電池負極材料“人造石墨”就做好了。

山西沁新集團以煤起家，擁有大型焦化廠，但在煉焦過程中產生的黑色尾焦粉不僅影響生產，還污染環境。經過學習、實驗、考察，山西沁新集團總部認為，尾焦粉含碳量高、內部空隙發達、有一定強度等特質，符合新能源鋰電池負極材料的要求。于是在2012年全國新能源產業剛起步時，該集團就將目光鎖定在鋰電池負極材料——人造石墨上。

鋰電池擁有正極材料、負極材料、隔膜、電解液四個組成部分。負極材料被認為是實現快速充電、超長續航的關鍵。“如果把鋰電池比作蓄水池，那么，理想的負極材料就能容納更多的鋰離子，讓水池更深。”唐杰說。

那怎樣讓尾焦粉做成的人造石墨容納更多鋰離子呢？顆粒要小，密度要適中。可生產環節的各項數據指標還無人知曉。

2013年，集團抽調24名技術人員赴中南大學學習、探索、試生產。唐杰回憶說，為了在納米級的范圍內尋找最合適的顆粒直徑，他們一次次地研磨、測試。實驗原料從幾克到幾公斤再到幾百公斤，生產線上的操作細節一點點完善，數據日益精準。3年后，一套以尾焦粉為原料的人造石墨生產體系初現雛形。

2016年底，技術人員歸來，一家年產2萬噸動力型鋰離子電池負極材料的高新技術企業開始籌建。到2019年，山西新創新材料有限公司已成為全市負極材料“鏈主”企業、全市高質量發展創新團隊企業，還被國家工信部認定為“國家級綠色工廠”。

隨著自身的發展壯大，該公司還從南開大學、天津工業大學等院校引進高端創新科研團隊，專門從事產品研發、產品升級、工藝改造、品質管控等工作。

截至2022年底，該公司已取得自主知識產權18項，其中“一種鋰離子動力電池用煤焦粉基負極材料及其制備方法”榮獲山西省專利一等獎，并先后通過了汽車質量管理體系標準、能源管理體系標準認證及檢測專業第三方中心檢測。

“如今，用我們的負極材料做成的電池，可以在10分鐘內充滿電。”唐杰介紹說，傳統石油焦人造石墨原料在高溫熱處理過程中，微晶層間距會縮小。煤焦基人造石墨質地偏硬，具有微孔、微晶層間距適宜等特點，有利于鋰離子的嵌入，而不會引起結構顯著膨脹，因此具有很好的快速充放電性能。

得益于此，業內知名負極材料企業紛紛投來橄欖枝，與該公司形成戰略合作關系，該公司所產電池已廣泛運用于電動汽車、電動自行車、航模、電腦、手機等領域，每噸售價3萬元以上。