瀝青炭包覆天然石墨用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、石墨負(fù)極材料理論容量高達(dá)372mAh/g,循環(huán)性能好,電位平臺(tái)低,成本低,其它競(jìng)爭(zhēng)性負(fù)極材料如尖晶石鈦酸鋰容量偏低,電位過高,合金負(fù)極和過渡金屬氧化物負(fù)極循環(huán)性能差,而且需制備成納米級(jí)材料,成本高而居劣勢(shì),目前石墨負(fù)極仍主導(dǎo)鋰離子電池負(fù)極材料市場(chǎng)。天然石墨與電解液相容性較差,直接使用容易形成“3D”SEI膜,首次庫(kù)侖效率低,需經(jīng)改性處理方能用作負(fù)極材料。液相炭包覆不僅能制備“核-殼”結(jié)構(gòu)的炭包覆石墨,而且比化學(xué)氣相沉積成本更低,比固相包

2、覆更均勻。真空浸漬不僅能在石墨顆粒表面均勻包覆瀝青炭,還能填充石墨顆粒內(nèi)部的孔隙,提高包覆效果。因此本文以真空浸漬液相包覆法對(duì)微晶石墨和鱗片石墨進(jìn)行瀝青炭包覆改性研究。
   實(shí)驗(yàn)中采用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置制備炭包覆石墨樣品,系統(tǒng)考察了炭包覆量、炭化溫度、炭化升溫速度和炭化保溫時(shí)間對(duì)包覆石墨結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。利用XRD、Raman光譜、SEM等方法研究了包覆石墨晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)和表面形貌特征。利用氮?dú)馕?脫附和激光粒度分布

3、儀測(cè)試了樣品的BET比表面積和粒度分布。利用多種等電化學(xué)測(cè)試方法研究了炭包覆石墨的電化學(xué)性能。
   實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:真空浸漬液相包覆能夠制備“核-殼”結(jié)構(gòu)包覆石墨。包覆量和炭化溫度對(duì)包覆石墨結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能影響很大,包覆量過大導(dǎo)致石墨顆粒粘結(jié)團(tuán)聚,工藝性能和電化學(xué)性能較差,微晶石墨最佳包覆量為6%,鱗片石墨最佳包覆量為3%。炭化溫度越高,包覆石墨的電化學(xué)性能越好,結(jié)合成本考慮最佳炭化溫度為1100℃。炭化升溫速度和炭化保溫時(shí)間對(duì)

4、包覆石墨電化學(xué)性能影響較小,但均存在一個(gè)最佳值,分別為0.5℃/min和2h。采用最佳工藝處理得到的包覆石墨電化學(xué)性能有效提高,微晶石墨和鱗片石墨的首次庫(kù)侖效率分別從原料的80.2%和90.8%提高到90.7%和92.6%,微晶石墨的循環(huán)性能大幅度提高。
   實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)瀝青炭包覆石墨的首次充放電曲線中存在電位反彈現(xiàn)象,初步分析認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于石墨嵌鋰膨脹時(shí)受瀝青炭的約束所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)弛豫而引起的。表現(xiàn)為:瀝青炭包覆量為3%、6

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