Synteettisen grafiitin prosessointi litiumioniakkuihin

Tämän työn päätarkoituksena oli käsitellä synteettisen grafiitin tuotantoprosessi huomioiden ympäristönäkökulmat ja käyttöönotto litiumioniakkuihin. Grafiitin kysynnän odotetaan edelleen kasvavan tulevien vuosien aikana, koska sillä on merkittävä rooli litiumioniakkujen anodimateriaalina. Luonnongrafiitti on luokiteltu Eurooopan Unionissa strategiseksi kriittiseksi raaka-aineeksi, jonka vuoksi on tärkeää keskittyä synteettisen grafiitin tuotantoon.

Synteettinen grafiitti valmistetaan valvotussa prosessissa, johon kuuluu monta vaihetta. Yleisesti synteettinen grafiitti valmistetaan sekoittamalla ensin esiaste sideaineen kanssa. Saatu seos muotoillaan ja hiilestetään liuotinfaasihiilestyksellä. Liuotinfaashiilestyksen lisäksi muita hiilestystapoja ovat kaasufaasihiilestys sekä kiinteäfaasihiilestys. Hiilestyksen jälkeen epäjärjestäytynyt hiili grafitoidaan grafiittiseksi järjestäytyneeksi rakenteeksi. Grafitointi voidaan suorittaa termisesti, katalyyttisesti, paineen avulla tai sähkökemiallisesti.

Grafitoinnin jälkeen synteettinen grafiitti voidaan vielä jälkikäsitellä. Yksi litiumioniakkujen tärkeimmistä kehityskohteista on palautumattoman ns. irreversiibelin kapasiteetin vähentäminen, eli toisin sanoen Coulombisen tehokkuuden parantaminen. Grafiitin jälkikäsittelyllä voidaan esimerkiksi kasvattaa Coulombista tehokkuutta ja akkukennon kapasiteettia. Jälkikäsittelyihin voivat kuulua esimerkiksi grafiitin pyöristäminen, pinnoitus ja esilitionti.

Kirjallisuuskatsauksen perusteella ympäristöystävällisin tapa valmistaa synteettistä grafiittia on käyttää hiilen esiasteena kaasufaasihiilestyksestä katalyyttisesti tuotettua grafiittista hiiltä, ja grafitointimenetelmänä katalyyttistä grafitointia. Tutkimustyötä synteettisen grafiitin prosessointiin ympäristöystävällisesti olisi kuitenkin tärkeä jatkaa.