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

1、石墨負(fù)極材料理論容量高達(dá)372mAh/g，循環(huán)性能好，電位平臺低，成本低，其它競爭性負(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材料，成本高而居劣勢，目前石墨負(fù)極仍主導(dǎo)鋰離子電池負(fù)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(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微晶石墨和鱗片石墨進(jìn)行瀝青炭包覆改性研究。
　　 實驗中采用自行設(shè)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(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(xué)測試方法研究了炭包覆石墨的電化學(xué)性能。
　　 實驗結(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間對

4、包覆石墨電化學(xué)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(xué)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(rèn)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(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