活性中间相炭微球的研究进展

活性中间相炭微球是一种性能优异的新型高比表面积活性炭材料.概述了活性中间相炭微球的制备方法、活化反应机理及其应用进展.     

热处理温度对锂离子电池用中间相炭微球结构及性能的影响

中间相炭微球作为一种重要的锂离子电池的负极材料,其结构直接关系到锂离子电池的充放电性能。以沥青为原料在惰性环境下,进行热缩聚反应,制备出中间相炭微球。采用XRD手段分别对炭化样品的和石墨化样品（热处理温度不同的炭微球）进行结构分析,又通过恒电流仪对他们的充放电性能进行了测试和结果比较。探讨了热处理温度对中间相炭微球结构及其性能的影响。     

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.     

中间相炭微球制备工艺的研究

中间相炭微球是一种优良的锂离子电池负极材料。以沥青为原料,通过对喹啉不溶物(QI)、反应温度、反应时间和气体流量等指标的研究,摸索出了一条实验室制备路线,得到了合格的中间相炭微球,并对其作为负极材料的物理性能和电化学性能进行了检测和分析。     

锂电池关键技术在天津率先实现国内产业化生产

一项标志着锂电池生产的关键性技术——中间相炭微球锂电池负极材料,日前在天津率先实现国内产业化生产。中间相炭微球是一种重要的锂电池负极材料,因其具有优良的电化学性能,被电池生产厂家普遍使用。过去,国内电池厂家所使用的中间相炭微球负极材料主要依赖进口。据专家介绍,如按年产2亿只电池计算,仅天津市场近期需要的优质电池负极材料每年将超过600t,要花费1.2亿元人民币用于进口。如今,这项由天津大学王成扬教授担纲研究的锂电池负极材料生产技术,顺利完成了中间相炭微球项目的中试,并形成了年产200t的工业化生产规模。这项拥有国内独…     

中间相炭微球研究进展

中间相炭微球是一种新型炭材料，它是在研究中间相的过程中发展起来的，其理论基础是中间相理论。系统地介绍了中间相炭微球的发展过程，制备原料和制备方法，此外，还对中间相炭微球的分析方法，应用领域进行了介绍，并对其发展前景作了预测，指出了几个重要的发展方向。     

中间相炭微球作为锂离子电池负极材料的研究现状

中间相炭微球（MCMB）由于具有独特的类石墨的片层结构,是一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料,它除了具有一般炭负极材料的优点外,由于其球形层状结构还使其具有密度高、易脱嵌锂、边界损失小等特,董。本文主要论述了锂离子电池负极材料中间相炭微球的制备、热处理和改性等方面的研究现状及存在的问题;在当今锂离子电池高容量低成本的发展要求下,预期低温热处理的中间相炭微球将是今后的研究重点。     

石墨添加对中间相炭微球电化学性能的影响

以煤焦油沥青为原料，采用聚合法制备中间相炭微球。研究了不同天然鳞片石墨添加量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炭负极材料的电化学性能。研究结果表明，石墨的添加使中间相炭微球内部结构变的复杂，X衍射显示石墨的添加降低了炭微球的石墨化度和晶形尺寸。随石墨添加量的增加，电池的首次充放电容量和效率有所减小，三次循环后充放电效率趋于一致。     

碳酸丙烯酯含量对中间相炭微球负极材料电化学性能的影响

碳酸丙烯酯(PC)溶剂具有极低的熔点和较高的介电常数,因此作为锂离子电池电解液溶剂,可以有效提高锂离子电池的低温性能。但由于PC易与锂离子在石墨负极表面发生共嵌入而破坏石墨结构,从而导致电池性能急剧变差。以结构稳定的中间相炭微球为负极,利用循环伏安、充放电循环测试和交流阻抗测试方法,研究了不同PC溶剂含量电解液对中间相炭微球电化学性能的影响。结果表明,中间相炭微球结构稳定,当PC含量增加到40%时仍未发生共嵌入现象。同时,随着PC含量的增加,中间相炭微球的循环性能逐步衰减。而PC含量为10%时,中间相炭微球具有最佳的循环性能,其与在不含PC溶剂的电解液中的循环性能相比,没有明显变化,循环100次后的放电比容量为207.1 m A·h/g,容量保持率为57.5%。     

酚醛树脂对均相成核的中间相炭微球生成的作用

在QI含量很低的沥青中加入适量的酚醛树脂，可以改变沥青生成中间相炭微球的热缩聚反应，进而改变中间相炭微球的形貌与微观结构。酚醛树脂在沥青稠环芳烃分子热缩聚过程的初期形成共晶，在后期充当炭微球的交联剂的作用，使中间相炭微球的收率增加，尺寸变大，并影响了中间相炭微球的织构，红外光谱分析表明酚醛树脂已参与了中间相炭微球的形成；偏光显微镜、扫描电镜形象地表征出了中间相炭微球的微观织构以及酚醛树脂的作用。     

中低温煤焦油基炭微球的制备

通过馏分切割、温和加氢相结合对中低温煤焦油进行精制处理,精制后的原料采用分级热聚制备中间相炭微球。考察了精制处理条件对原料性质、中间相炭微球宏观外貌及微晶结构的影响。采用FTIR、GC-MS、族组成、元素分析对原料进行表征,采用SEM、XRD对中间相炭微球进行表征。结果表明：中低温煤焦油中300～430℃馏分油是制备中间相炭微球的较佳馏分。300～430℃馏分油中正庚烷可溶物（HS）质量分数高达84.76%,吡啶不溶物（PI）质量分数低至0.23%,杂原子含量低,芳烃化合物的环数为2～4环。300～430℃馏分油在T_H=350℃、p=8MPa、t=1.5h、剂油比1∶40（质量比）的条件下温和加氢得到的精制原料,经420℃热聚6h得制备的中间相炭微球宏观外貌、微晶结构较好。中低温煤焦油基炭微球的粒径范围为5～15μm,小球表面光滑,微观结构为地球仪型,经1450℃高温煅烧后,石墨化度达到12.33%。     

Heat treatment of mesocarbon microbeads under high pressure

Mesophase spherules separated from pitches and asphalt by quinoline (mesocarbon microbeads) were heat-treated under a pressure of 5 kbar at 1300–2000°C for 1 hr. The as-separated microbeads gave a bulk density of 1.8–1.9 g/cm³ after heat treatments at high temperatures. The pre-heated microbeads gave high bulk density above 2.0 g/cm³ after high temperature heat treatment. The mesocarbon microbeads were found to have low graphitizability under pressure. The as-separated microbeads showed a heterogeneous process of graphitization, but the maximum amount of the graphitic component was only 60% even after 2000°C-treatment under 5 kbar. On the pre-heated microbeads, almost no graphitization was observed. The spherical shape of the as-separated microbeads was lost even after the heat treatments at low temperatures under 5 kbar. However, the pre-heated microbeads showed the tendency to keep the original spherical shape even after heat treatment at 1900°C.     

The effect of heat-treatment temperature on structure and properties of TiB2/C composites

Mesocarbon microbeads are an excellent precursor for carbon materials, because of their ability to self-sinter. TiB₂/C composites were prepared from mesocarbon microbeads with TiB₂ additions by pressureless sintering. The effect of heat treatment temperature on microstructure and fracture behavior of the products was investigated. Liquid formation and resultant layered structures were observed when the composite was heat treated at 2800 K or above. Low levels of TiB₂ (5 vol%) addition improved the fracture toughness. At these levels the catalytic effect on graphitization was low and the size of TiB₂ particles decreased significantly because of their interaction with the mesocarbon microbeads. When the content of TiB₂ in the composite was 20% by volume, the mesophase carbon was transformed completely into graphite under the influence of a eutectic liquid, as shown by XRD analysis and fractography, which led to a dramatic decrease in fracture toughness. XRD analysis and laser ablation ICP-MS indicate that boron diffused into the carbon matrix when composites were heat treated above 2700 K. Resistance of the composite materials to crack propagation increased further when finer TiB₂ particles were used, and eventually, TiB₂/C composites with fracture toughness as high as 1.92 MPa m^0.5 were obtained.     

高强高密石墨材料的制备研究现状

讨论了高强高密石墨材料的性能和应用,从原料选择和工艺强化两个方面进行了分析。重点讨论了超细石墨粉、生焦粉、中间相炭微球、"二次焦"、COPNA树脂等原料制备高强高密石墨材料的优点和实际应用中的不足,对现行的高压成型、加压焙烧、加压成型焙烧、多次浸渍再焙烧进行了分析总结。     

沥青炭微球在锂离子电池中的应用与市场前景

介绍中间相沥青炭微球的制备方法和发展现状，分析了其在锂离子二次电池等方面的应用及国内外市场前景。     

锂在负极材料中的扩散行为对其大倍率充放电性能的影响

采用恒电位阶跃的方法,对锂在锂离子电池负极材料中的扩散系数进行测量,对天然石墨和中间相炭微球两种负极材料进行了大倍率充放电性能测试。结果表明,锂在两种负极材料中的扩散系数是不同的,锂在天然石墨中的扩散系数较小,只有1.90×10-11cm2/s,而锂中间相炭微球中的扩散系数较大,达4.25×10-9cm2/s,扩散系数大,电极的大电流充放电性能好,天然石墨在5 C放电下放电平台升高到0.3 V,放电容量急剧减小,而中间相炭微球在5 C放电下仍能保持0.2 V左右的放电平台,放电容量保持在234 mA.h/g。     

Expansion of mesocarbon microbeads

Expanded mesocarbon microbeads (EMCMB) were prepared from graphitized mesocarbon microbeads by a chemical method. The expanded volume of EMCMB was significantly influenced by the reaction time, temperature, weight ratio of sulfuric acid and nitric acid, the maximum value of which was 4.1 ml/g. The morphology and structure characters of MCMB after chemical reaction and expansion were also investigated by SEM, BET and XRD measurements. The results show that the spherical, layered structure of MCMB could be verified convincingly by SEM micrographs of EMCMB, and the values of crystallite parameters of intercalated MCMB and EMCMB such as Lc and La decreased significantly compared with that of pristine MCMB, indicating that the stack height and stack width of carbon layers in a crystallite decreased after intercalation reaction and expansion. Meanwhile, EMCMB with appropriate porosity using as anode material for lithium-ion batteries exhibited an excellent high-rate discharge capacity and good cycle stability at the large current density.     

共混沥青制备中间相炭微球的研究

在一种普通煤焦油沥青中,加入几乎不含喹啉不溶物(QI)的一种新型沥青,作为共混沥青。利用普通煤焦油沥青和共混沥青,分别经分离制备得到炭微球。利用反射偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪等表征手段进行分析,发现用共混沥青制备得到的中间相炭微球(MCMBs)为复杂的未定义结构,球形度好,表面较光滑,整体粒径分布更加均一。     

原生喹啉不溶物对中间相炭微球的影响

系统地分析了原生喹啉不溶物的组成和结构,简要讨论了原生喹啉不溶物对中间相炭微球制备的动力学及其取向的影响机制,并对原生喹啉不溶物相关问题的研究做了展望。