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1、由于瀝青基炭纖維兼顧機(jī)械強(qiáng)度和儲(chǔ)鋰性能,使其具備應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化鋰離子電池負(fù)極材料的潛力,但纖維結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系尚不明確。本論文旨在研究瀝青基炭/石墨纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)性能之間的關(guān)系。并通過(guò)不斷探索纖維的制備工藝,獲得了可逆容量較高、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的瀝青基纖維負(fù)極材料。研究的具體工作和結(jié)論如下:
(1)以各向同性瀝青作為原料,采用熔融紡絲工藝,制備出圓形SC瀝青基炭纖維。考察了不同的熱處理溫度對(duì)SC纖維橫截面結(jié)構(gòu)
2、和纖維內(nèi)部微晶尺寸的影響及各溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電化學(xué)性能。再以中間相瀝青為原料,制備出圓形AR瀝青基炭纖維。同樣考察了溫度對(duì)AR纖維橫截面結(jié)構(gòu)和纖維內(nèi)部晶體尺寸的影響及各溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電化學(xué)性能。論文得到經(jīng)3000℃石墨化處理后的AR纖維(AR3000),其在0.1C下的首次充電比容量為373.4mAh/g,首次放電比容量為319.1mAh/g,庫(kù)侖效率為85.5%。循環(huán)過(guò)程中該材料放電比容量可達(dá)335mAh/g,但100次循環(huán)后容量保持率為8
3、2.2%。研究認(rèn)為造成圓形AR纖維負(fù)極材料容量衰減的主要原因是纖維在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生脹裂,導(dǎo)致部分碳層無(wú)法二次嵌鋰。
(2)為獲取更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,論文以調(diào)控紡絲速率為切入點(diǎn)。當(dāng)紡絲速率增加至100m/min時(shí),圓形AR石墨纖維負(fù)極材料在0.1C下的首次充電比容量為300.7mAh/g,首次放電比容量為271.9mAh/g,首次庫(kù)侖效率為90.4%,100次循環(huán)后容量保持率為98.6%。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:由于紊亂的碳層片結(jié)構(gòu)
4、分散了纖維在嵌鋰時(shí)其核心區(qū)的應(yīng)力,維持了可嵌鋰結(jié)構(gòu)的完整性,使得在100m/min的紡絲速率下制備的纖維負(fù)極材料具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性。但這類結(jié)構(gòu)減少了纖維內(nèi)部的可嵌Li+位點(diǎn),降低了纖維負(fù)極材料的可逆容量。
(3)考慮到圓形纖維不能同時(shí)兼顧可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題,論文采用矩形噴絲孔替代圓形噴絲孔,探索了帶狀中間相瀝青基石墨纖維負(fù)極材料的電化學(xué)性能。當(dāng)噴絲孔尺寸為8×0.1mm時(shí),纖維負(fù)極材料在0.1C下的首次放電容量為31
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