瀝青炭包覆天然石墨用作鋰離子電池負極材料的研究.pdf

1、石墨負極材料理論容量高達372mAh/g，循環(huán)性能好，電位平臺低，成本低，其它競爭性負極材料如尖晶石鈦酸鋰容量偏低，電位過高，合金負極和過渡金屬氧化物負極循環(huán)性能差，而且需制備成納米級材料，成本高而居劣勢，目前石墨負極仍主導鋰離子電池負極材料市場。天然石墨與電解液相容性較差，直接使用容易形成“3D”SEI膜，首次庫侖效率低，需經改性處理方能用作負極材料。液相炭包覆不僅能制備“核-殼”結構的炭包覆石墨，而且比化學氣相沉積成本更低，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微晶石墨和鱗片石墨進行瀝青炭包覆改性研究。
　　 實驗中采用自行設計的實驗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間對包覆石墨結構和電化學性能的影響。利用XRD、Raman光譜、SEM等方法研究了包覆石墨晶體結構、表面結構和表面形貌特征。利用氮氣吸-脫附和激光粒度分布

3、儀測試了樣品的BET比表面積和粒度分布。利用多種等電化學測試方法研究了炭包覆石墨的電化學性能。
　　 實驗結果表明:真空浸漬液相包覆能夠制備“核-殼”結構包覆石墨。包覆量和炭化溫度對包覆石墨結構和電化學性能影響很大，包覆量過大導致石墨顆粒粘結團聚，工藝性能和電化學性能較差，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，包覆石墨的電化學性能越好，結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間對

4、包覆石墨電化學性能影響較小，但均存在一個最佳值，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性能有效提高，微晶石墨和鱗片石墨的首次庫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。
　　 實驗中發(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，初步分析認為這種現(xiàn)象是由于石墨嵌鋰膨脹時受瀝青炭的約束所產生的結構弛豫而引起的。表現(xiàn)為:瀝青炭包覆量為3％、6