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材料是人類可以利用的物質，一般是指固體。而材料學是研究材料的製備或加工工藝、材料結構與材料效能三者之間的相互關係的科學。下文是小編為大家蒐集整理的的內容，歡迎大家閱讀參考!
篇1
淺析真空液相法制備瀝青炭包覆人造石墨負極材料
鋰離子電池具有比容量高、無充放電記憶效應、綠色環保、無汙染等優點.不僅廣泛應用於行動式電子產品中，還被應用於航天航空、軍事、電動汽車和儲能等領域[1-2].人造石墨材料具有比容量高、迴圈效能好、嵌脫鋰平臺低、成本低廉等優點，成為最具有商業價值的動力鋰離子電池負極材料[3].
經過整形和分級處理的人造石墨，雖然粒徑分佈較窄、顆粒形狀接近球形、比表面積大幅度降低，但由於不可避免地保留了原石墨中的孔洞、溝槽、裂紋等缺陷[4]，因此存在比表面積偏高、首次庫侖效率偏低等問題，通常需要進行表面炭包覆改性處理[5-6].目前商業化的人造石墨負極材料大多采用“幹法”包覆瀝青炭[7-11]，即採用氣流磨將瀝青研磨至5 μm以下，再與經過整形和分級處理的人造石墨均勻混合，然後在隔絕空氣或N2氣氛下進行炭化處理.“幹法”包覆必須採用軟化點高於200 ℃的高溫瀝青或中間相瀝青，存在超細瀝青粉團聚和瀝青粘流溫度視窗窄而導致的瀝青炭包覆不均勻等問題.
為提高瀝青炭包覆的均勻性，進一步改善人造石墨負極材料的效能，本文采用真空液相包覆法對人造石墨進行瀝青炭包覆，考察了軟化點不同的中溫瀝青和改質瀝青炭包覆對人造石墨結構、形貌和電化學效能的影響.
1實驗
1.1原料與試劑
人造石墨：含碳量質量分數99.60%，灰分0.10%，振實密度0.93 g/cm3，由湖南星城石墨科技股份有限公司提供;
四氫呋喃：分析純，天津市永大化學試劑有限公司;
中溫瀝青Z和改質瀝青G：由江西正拓新能源科技股份有限公司提供，效能引數見表1.
1.2炭包覆人造石墨試樣製備
分別稱取50 g經整形處理的人造石墨AG，置於2個三口燒瓶中，抽真空至-0.1 MPa，並維持20 min.稱取9.96 g中溫瀝青和8.44 g改質瀝青分別溶於50 mL四氫呋喃中，攪拌均勻.通過直型二路活塞將溶解後的瀝青分別吸入三口燒瓶中，在真空狀態下攪拌30 min，使瀝青滲入人造石墨的微孔中並均勻包覆在其表面.然後將三口燒瓶置於75 ℃水浴中加熱蒸發並回收四氫呋喃，取出後經過1 100 ℃炭化處理即得到中溫瀝青炭包覆人造石墨試樣AGZ和改質瀝青炭包覆人造石墨試樣AGG.根據表1中瀝青的殘炭率可計算出2種試樣的炭包覆率均為10%.
1.3結構分析
採用JSM6700F型掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌;採用TristarⅡ3020型比表面積分析儀，以N2為吸附介質，77 K下測定樣品的孔徑分佈;利用HYL2076型鐳射粒度儀測定樣品的粒度分佈;採用D8Advance型X射線衍射儀對樣品進行晶體結構分析，掃描速度4°/min;採用Labram010型鐳射拉曼光譜分析儀對樣品進行表面結構分析，解析度為3 cm-1.
1.4電池組裝及電化學效能測試
將樣品、導電劑乙炔黑、粘結劑PVDF按照質量比89∶3∶8混合，加入1甲基2吡咯烷酮後磁力攪拌6 h製得漿料.利用塗布機將漿料均勻塗覆在銅箔集流體上，85 ℃下真空乾燥1 h，滾壓後切片製成工作電極.以鋰片作為對電極，電解液為1 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC體積比為1∶1∶1，隔膜為日本旭化成公司鋰電池隔膜，在充滿高純Ar的手套箱中組裝成CR2016型鈕釦電池.
採用CT2100A型電池測試系統對電池進行恆電流充放電測試，充放電電壓為0.001～2.000 V.使用上海辰華CHI660A型電化學工作站對電池進行迴圈伏安和交流阻抗的測試：迴圈伏安掃描速率0.000 1 V/s，掃描範圍0～1.2 V;交流阻抗交流訊號幅度5 mV，頻率範圍105～10-2 Hz.
2結果與討論
2.1炭包覆對試樣表面形貌、粒徑、比表面積及孔
徑的影響
從3個試樣AG，AGZ和AGG的SEM形貌圖1可見，人造石墨原料AG圖1a，b具有較大的長徑比，為典型的石墨化針狀焦.中溫瀝青炭包覆人造石墨AGZ圖1c，d表面包覆效果較差，包覆層疏鬆多孔且表面大量裸露.改質瀝青炭包覆人造石墨AGG圖1e，f表面包覆效果較好，包覆層緻密光滑.這是由於含有較多β樹脂的改質瀝青，使瀝青炭更均勻地包覆在人造石墨顆粒表面.
表2列出了3個試樣AG，AGZ和AGG的粒徑D50、BET比表面積和平均孔徑.由表2可知人造石墨包覆瀝青炭後粒徑有所增大，其原因為：一方面包覆一層瀝青炭使粒徑增大，另一方面瀝青的粘結性使部分小顆粒人造石墨相互粘附在一起.中溫瀝青炭包覆人造石墨AGZ的BET比表面積增大，這是因為中溫瀝青中含有較多的輕組分――甲苯可溶物TS，又稱之為γ樹脂見表1，而γ樹脂降低了瀝青炭的機械強度，導致瀝青炭未能完整地包覆在人造石墨表面，且結焦過程中產生大量微孔、裂縫及部分瀝青炭碎屑見圖1c，d，因此中溫瀝青炭包覆樣品的比表面積明顯增大;改質瀝青炭包覆人造石墨AGZ 的BET比表面積有所減小，這是因為改質瀝青含有較多的β樹脂，而β樹脂有利於增加煤瀝青的粘結力和瀝青炭的強度，使瀝青能完整包覆在人造石墨表面見圖1e，f.β樹脂是中間相的前驅體，同時改質瀝青中的次生QI有利於煤瀝青炭化時中間相的形成，改質瀝青炭化產物的微晶發育優於中溫瀝青炭化產物[12]，與中溫瀝青炭相比，改質瀝青炭更容易形成軟炭易石墨化炭，而軟炭微晶排列緊密，減少了瀝青炭中的微細孔.此外，瀝青炭除了包覆在石墨顆粒表面外，還會填充到石墨顆粒的開口孔隙中，因此兩種瀝青炭包覆人造石墨的平均孔徑均有所減小. 3結論
1採用真空液相法制備的瀝青炭包覆人造石墨不僅表面包覆一層瀝青炭，而且瀝青炭會填充到人造石墨顆粒的孔隙中使平均孔徑減小.瀝青炭包覆導致人造石墨近表面區域的無序度增大，但不會改變人造石墨的晶體結構.
2中溫瀝青炭包覆人造石墨表面粗糙疏鬆，比表面積增大，首次庫倫效率由89.9%降低到87.2%，包覆效果不明顯.
3改質瀝青炭包覆人造石墨表面光滑緻密，比表面積減小，首次庫倫效率由89.9%提高到93.4%，第48次容量保持率由85.5%提高到91.1%，電化學迴圈效能有所改善.
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