锂离子电池微晶石墨复合材料的制备及电性能研究

动力锂离子电池对负极材料的综合性能和成本提出更高的要求。本文以微晶石墨为原料,X-8沥青作为包覆剂和黏结剂,通过一体化粉碎整形和二次造粒制得一种复合微晶石墨,其首次可逆比容量和库伦效率分别达到354.4 mA·h/g和92.2%。在LiFePO_4/C电池体系中,1 200次循环后电池的容量保持率达到91%。     

石墨负极对锂电池低温充电性能的影响

通过对常规片层状人造石墨负极(XFH)和二次造粒石墨负极(SS)低温充电性能研究,提出了锂电池低温析锂的相关表征方法。研究表明,与常规负极相比,二次造粒石墨负极更有利于锂电池低温充电性能的提高。SS负极材料-10℃,0.1C/0.5C循环50周后低温放电容量保持率高达100.12%,低温循环后具有较高的容量恢复率(100%),且二次造粒负极材料电池高温55℃,1C循环788周容量保持率90.62%,高温55℃搁置7天后荷电保持率为96.14%,容量恢复率为98.04%,高温性能优异。     

精制石油焦基负极材料的电化学性能研究

以精制石油焦为原料,经球磨、炭化和石墨化制备负极材料,并组装成扣式电池。考察影响电化学性能的石墨化关键性能,包括表面形貌、比表面积、粒度分布、石墨化度、元素组成等,进行充放电、循环伏安、交流阻抗测试。结果表明,首次嵌锂容量为349.2 mAh/g,首次库伦效率为78%;500次循环后,容量上升为440.6 mAh/g,充放电效率接近100%。精制石油焦制备的负极材料具有稳定充放电平台、低的电极电位及良好的循环性能。     

人造SEI膜硅/炭负极材料的制备及性能研究

用砂磨机匀浆并旋蒸干燥、预炭化、炭化制备了硅酸锂人造SEI膜硅/炭负极材料。通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,添加3%碳酸锂时制备的人造SEI膜硅/炭负极材料具有最优的电化学性能:首次充放电效率高达88.1%,在200 mA/g电流密度条件下循环50次后,充电容量仍能保持在1 103.5 mA·h/g。     

石墨化温度对人造石墨微观结构及电化学性能的影响

以油系针状焦为原料，在1 500～3 000℃范围内，探索不同石墨化温度对二次颗粒石墨微晶层间距d₀₀₂、微晶堆砌厚度L_c和微晶基面宽度L_a等微观结构的演变，揭示了碳原子从二维无序到三维有序排列的规律。研究结果表明：随着石墨化温度的升高，石墨微晶层间距逐渐减小，晶粒尺寸变大，同时石墨微晶的d₀₀₂与L_a的倒数具有一定的线性关系；同时研究了不同石墨化温度对二次颗粒电化学性能的影响，二次颗粒的首次比容量、首次效率及真密度随石墨化温度的升高而增加；温度在2500℃及以上时，充放电曲线呈U型且存在稳定的电压平台；石墨化温度在3 000℃时，油系针状焦的首次比容量和首次库伦效率分别可达343 mAh/g、94.7%。     

基于煤系重质芳烃制备负极材料改性剂及性能

目前，商业化的负极材料改性剂主要以煤系、石油系精制沥青为原料，其品质参差不齐、价格昂贵。为改善这一现状，本文提出以价格低廉的煤系重质芳烃为原料，通过净化、聚合工艺，制得负极材料改性剂。将改性剂粉碎后与针状焦粉粒分别进行包覆、造粒工艺处理，得到改性后锂电负极材料。通过旋转流变仪和热重分析仪对改性剂的流变性能、热失重性能进行分析；利用扫描电子显微镜、气体吸附仪、X-射线衍射仪、激光拉曼光谱仪和电池检测系统对改性后样品表面形貌、孔结构、层间距、结晶性程度和电化学性能进行表征。电化学测试得出改性后的负极材料可逆比容量从改性前的333.02mAh/g增加到356.34mAh/g和359.67mAh/g，首次库仑效率增加1.72%和1.31%；30mA/g电流密度下，100周循环保持率高达98.87%以上；300mA/g电流密度下，可逆比容量从改性前的95.27mAh/g增加到147.52mAh/g和187.30mAh/g。结果表明：加入改性剂制备得到的负极材料，展现出优异的比容量、倍率性能和循环稳定性；成本低、制备工艺产业化可行性强。     

磷掺杂葵花盘基活性炭在锂离子电池负极材料中的应用

通过简单水热和活化方法制备磷掺杂葵花盘基活性炭,采用SEM,TEM,BET,Raman,XRD等方法对材料进行表征,将其用作锂离子电池负极材料。结果表明,活性炭材料用作锂离子电池负极材料时比容量高,库伦效率好,循环性能稳定。在500 mA/g的电流密度下,首圈充电容量达1052 mAh/g,库伦效率为48.9%。经200次循环后,容量仍保持在1000 mAh/g以上。     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

威宁无烟煤基石墨制备及其电化学性能研究

以贵州威宁无烟煤为原料，通过物理提纯可制备低灰(1.60%)无烟煤，探究了不同石墨化温度对无烟煤基石墨微观结构的影响，并进一步考察了威宁无烟煤石墨化样品用作锂离子电池负极材料的电化学性能。研究表明：随热处理终温的升高，煤基石墨样品石墨化度和石墨晶体结构有序度逐渐提高，在2 800℃下所得煤基石墨石墨化度可达96.99%。煤基石墨的首次可逆容量和库伦效率随石墨化终温升高而逐渐提高，煤基石墨WN-2800在0.1C(1C=372 mAh/g)电流密度下首次可逆容量和库伦效率分别可达293.5 mAh/g、86.8%。煤基石墨WN-2800在1C电流密度下经过100次循环后，可逆容量为241.0 mAh/g,且库伦效率始终接近100%。煤基石墨WN-2800表现出较优异的综合电化学性能。本研究表明，威宁无烟煤可作为制备高性能煤基人造石墨的优质原料。     

成核剂对中间相炭微球性能的影响

以煤液化沥青为原料,炭黑、石油焦、石墨和针状焦为成核剂,在410℃恒温5h条件下,采用热聚合法制备中间相炭微球,并研究四种成核剂在相同热处理条件下得到的中间相炭微球,作为锂离子电池负极材料的性能.结果表明:以炭黑和石墨为成核剂可以制备得到粒度分布均匀、表面形貌较好的中间相炭微球.由电性能测试结果可知,首次可逆容量和首次效率分别为353.9mAh/g与92.9%和346.5mAh/g与92.6%.对比商品化中间相炭微球指标,发现以炭黑和石墨为成核剂制备得到的中间相炭微球,其性能与国内同类产品的性能相近.     

制备工艺对炭/石墨密封材料性能及其结构的影响

以改性的填料（二次焦）为骨料炭,中温煤沥青为黏结剂来制备炭/石墨密封材料,考察了材料制备工艺条件对材料机械强度、开孔率以及微观结构的影响。研究表明,与传统的炭/石墨密封材料制备工艺相比,利用改性后的骨料炭所制备的炭/石墨材料具有较高的机械强度和相对均匀的孔径分布。此外,随着二次焦热处理温度的升高,最终材料的体积密度和机械强度增大,开孔率降低。当二次焦热处理温度升高到540℃时,最终所得材料的抗压和抗弯强度分别达到210.0MPa和67MPa,开孔率为19.3%。炭/石墨材料经浸渍金属Cu后,Cu颗粒在利用传统工艺制备的材料中的尺寸相对较大,且存在局部聚集或团聚,而在利用二次浆涂工艺制备的材料中则呈细网状结构且均匀分布。     

煤沥青对焦炭的浸润性及其在核石墨制备中的作用

作为炭素材料,核石墨是高温气冷堆和熔盐堆的关键材料.在炭素材料的制备过程中,粘结剂沥青对骨料焦炭颗粒的浸润性对炭素材料的生产工艺以及最终产品的强度、耐磨性都有重要影响.在研究中,人们先后采用润湿角法、液滴测试技术、渗透层厚度法以及结焦实验对煤沥青/焦炭的浸润性进行表征和检测.沥青的化学组分和结构、焦炭的粒度、表面官能团决定了沥青的表面张力、沥青的黏度以及沥青液滴在焦炭基体上的接触角,是影响沥青浸润性的主要因素.提高沥青浸润性的常用方法包括控制沥青组分,采用表面活性剂改变沥青的结构或将润湿沥青和非润湿沥青进行混合.文章的最后对我国国产核石墨研制中煤沥青浸润性的改善途径提出建议.     

低成本原料制备预焙阳极的研究

采用价格低廉的石油焦细焦粉为原料,无烟煤、木炭、复合木炭颗粒和A原料为辅助原料,煤沥青为黏结剂,经配料、混捏、成型、焙烧等工艺,成功制备了成本低、理化性能良好的铝电解用预焙阳极样品.测试了不同配方制得的预焙阳极样品的体积密度、灰分含量、真密度、电阻率、抗压强度以及空气反应性,并通过SEM对其微观组织形貌进行了分析.结果...     

煤沥青基微晶炭的制备及其储锂性能

以工业副产物煤沥青（coal tar pitch, CTP）为原料,采用高温炭化法制备煤沥青基微晶炭,利用XRD、Raman光谱、SEM、TEM和XPS等手段对其微观结构和表面化学性质进行表征,并探究微晶炭用作锂离子电池负极材料的储锂特性。结果表明,煤沥青经不同温度（800~1100℃）炭化处理后可制备出石墨微晶和无定形炭共存的微晶炭。炭化温度是影响煤沥青基微晶炭的微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征和表面化学性质的重要因素。当炭化温度为800℃时,煤沥青基微晶炭CTP-800具有较为有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,构筑成三维网络结构,同时炭基体表面含有适量氧/氮官能团。该微晶炭用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在50mA/g电流密度下可逆容量可达305mA·h/g,1000mA/g大电流密度下仍可维持在174mA·h/g,经100次循环后可逆容量保持率超过99.0%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤沥青基微晶炭 CTP-800优异的储锂特性与其炭基体中含有石墨微晶片层与纳米孔道、结构缺陷等无定形炭和炭表面富含氧/氮官能团等因素密切相关。     

石墨负极的压实密度对软包锂离子电池性能的影响

石墨负极的压实密度是影响锂离子电池循环性能和倍率放电性能的主要因素之一。通过研究3种不同压实密度的石墨负极材料的电化学性能,发现随着压实密度的增大,负极极片的吸液时间逐渐延长,电池的内阻也在不断地增加。当负极压实密度为1.7 g/cm³时,锂离子电池的循环性能和倍率性能均为最佳。电池在0.5 C下放电循环500次后的容量保持率为86.8%,3.0 C倍率的放电容量为0.2 C放电容量的95.1%。     

焦炭颗粒增强铜-石墨复合材料的制备与性能研究

以改性酚醛树脂为粘结剂,以焦炭粉为颗粒增强相,采用传统模压成型工艺制备了一系列铜-石墨复合材料,并研究了焦炭粉的添加对复合材料的力学性能、导电性能及磨损性能的影响.结果表明:当焦炭粉质量分数为35%时,复合材料具有较好的综合性能.随着焦炭粉的加入,复合材料的弯曲强度有了显著提高,在焦炭粉质量分数为35%时弯曲强度达到最大值68.8MPa,比未添加焦炭粉时提高了近36%;同时,当焦炭粉质量分数为35%时,复合材料的电阻率已经达到了现用浸金属滑板的导电水平;焦炭粉质量分数35%的复合材料具有最低的磨损率,且在磨损过程中能在磨损表面形成较为完整的自润滑膜.     

短流程生产超高功率电极的探讨

探讨了针状焦性能、配方制定、粘结剂使用、焙烧炉型等对采用短流程工艺生产超高功率电极的影响，提出了控制措施。     

添加炭素物料改善焦炭性能的研究

通过向炼焦配煤中添加石油焦、人造石墨和天然石墨并炼焦处理，研究了添加炭素物料对焦炭性能的影响，结果发现，添加少量炭素物料有效地提高了焦炭强度并降低了焦炭的反应性。     

Producing lignite pitch from high-boiling semicoking tar

The heat treatment of high-boiling tar fractions from Berezovsk lignite (Kansk–Achinsk Basin) in a solid-fuel reactor to obtain lignite pitch is investigated. In addition, the use of the semicoke to reduce granulated phosphorus pellets from Dzhanatas ore is studied. The lignite pitch and semicoke may also be used in coking batch for the production of blast-furnace coke with improved properties; as binder in the production of domestic lignite-based fuel briquets; as binder in the sintering of Kovdorsk and Olenegorsk iron-ore concentrates at AO Severstal’; as binder in the production of anode masses for aluminum production; as binder in bricks and cold packing employed in the manufacture and sealing of electrolyzer hearths; and for pyrolysis with natural methane to increase the yield of ethylene.