“經(jīng)過十余年的科研攻關(guān),，我們用尾焦‘黑粉’做成了石墨‘黑金’,，將無處可放的工業(yè)垃圾轉(zhuǎn)變成為稀缺寶貴的資源?！?月28日,，山西沁新集團(tuán)新創(chuàng)新材料有限公司技術(shù)總監(jiān)唐杰說。前不久,，該公司在2024鋰電池負(fù)極材料市場及前沿技術(shù)高峰論壇上,，榮獲“鋰電負(fù)極材料新星閃耀獎(jiǎng)”。

當(dāng)日,，《科學(xué)導(dǎo)報(bào)》記者走進(jìn)位于長治市沁源縣沁河鎮(zhèn)賢友村村南的山西新創(chuàng)新材料有限公司球化車間,，一排排高大的高溫釜伴隨著機(jī)器轟鳴聲正在運(yùn)行。在其內(nèi)部650℃的環(huán)境中,，混合著瀝青的尾焦粉被不停地?cái)嚢?，重新塑“形”。?jīng)過6個(gè)小時(shí)的高溫后,，尾焦粉就變成了半成品,，再經(jīng)石墨化，新能源鋰電池負(fù)極材料“人造石墨”就做好了,。

山西沁新集團(tuán)以煤起家，擁有大型焦化廠,，但在煉焦過程中產(chǎn)生的黑色尾焦粉不僅影響生產(chǎn),，還污染環(huán)境。經(jīng)過學(xué)習(xí),、實(shí)驗(yàn),、考察，山西沁新集團(tuán)總部認(rèn)為,，尾焦粉含碳量高,、內(nèi)部空隙發(fā)達(dá),、有一定強(qiáng)度等特質(zhì)，符合新能源鋰電池負(fù)極材料的要求,。于是在2012年全國新能源產(chǎn)業(yè)剛起步時(shí),，該集團(tuán)就將目光鎖定在鋰電池負(fù)極材料——人造石墨上。

鋰電池?fù)碛姓龢O材料,、負(fù)極材料,、隔膜、電解液四個(gè)組成部分,。負(fù)極材料被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)快速充電,、超長續(xù)航的關(guān)鍵?！叭绻唁囯姵乇茸餍钏?，那么，理想的負(fù)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,?？缮a(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)還無人知曉。

2013年,，集團(tuán)抽調(diào)24名技術(shù)人員赴中南大學(xué)學(xué)習(xí),、探索、試生產(chǎn),。唐杰回憶說,，為了在納米級(jí)的范圍內(nèi)尋找最合適的顆粒直徑，他們一次次地研磨,、測(cè)試,。實(shí)驗(yàn)原料從幾克到幾公斤再到幾百公斤，生產(chǎn)線上的操作細(xì)節(jié)一點(diǎn)點(diǎn)完善,，數(shù)據(jù)日益精準(zhǔn),。3年后，一套以尾焦粉為原料的人造石墨生產(chǎn)體系初現(xiàn)雛形,。

2016年底,，技術(shù)人員歸來，一家年產(chǎn)2萬噸動(dòng)力型鋰離子電池負(fù)極材料的高新技術(shù)企業(yè)開始籌建。到2019年,，山西新創(chuàng)新材料有限公司已成為全市負(fù)極材料“鏈主”企業(yè),、全市高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)企業(yè)，還被國家工信部認(rèn)定為“國家級(jí)綠色工廠”,。

隨著自身的發(fā)展壯大,，該公司還從南開大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等院校引進(jìn)高端創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì),，專門從事產(chǎn)品研發(fā),、產(chǎn)品升級(jí)、工藝改造,、品質(zhì)管控等工作,。

截至2022年底，該公司已取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)18項(xiàng),，其中“一種鋰離子動(dòng)力電池用煤焦粉基負(fù)極材料及其制備方法”榮獲山西省專利一等獎(jiǎng),，并先后通過了汽車質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)、能源管理體系標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證及檢測(cè)專業(yè)第三方中心檢測(cè),。

“如今,，用我們的負(fù)極材料做成的電池，可以在10分鐘內(nèi)充滿電,?！碧平芙榻B說，傳統(tǒng)石油焦人造石墨原料在高溫?zé)崽幚磉^程中,，微晶層間距會(huì)縮小,。煤焦基人造石墨質(zhì)地偏硬，具有微孔,、微晶層間距適宜等特點(diǎn),，有利于鋰離子的嵌入，而不會(huì)引起結(jié)構(gòu)顯著膨脹,，因此具有很好的快速充放電性能,。

得益于此，業(yè)內(nèi)知名負(fù)極材料企業(yè)紛紛投來橄欖枝,，與該公司形成戰(zhàn)略合作關(guān)系,，該公司所產(chǎn)電池已廣泛運(yùn)用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車,、航模,、電腦、手機(jī)等領(lǐng)域,，每噸售價(jià)3萬元以上。

科學(xué)導(dǎo)報(bào)記者 武竹青