非均相成核中间相炭微球的形成过程及其结构演变

以含有喹啉不溶物的煤焦油沥青为原料，在410℃、不同反应时间下获得一系列中间相炭微球(MCMB)和小于0．5μm的碳质颗粒(SCP)。通过对中间相沥青的软化点、族组成和MCMB、SCP的形貌及MCMB断面结构的分析，认为非均相成核MCMB的形成和生长过程不同于均相成核的融并生长过程，而是SCP碳质颗粒的构筑过程，我们称之为“球形基本单元构筑”过程。在MCMB生长过程中，体系的黏度对SCP的形成和MCMB的生长起着重要的作用。非均相成核MCMB的内部结构不是三种模型结构(“地球仪”型、“洋葱”型和“同心圆”型)中的任一种，而是炭层具有收缩点的复杂结构，并且球体的结构不具有“继承性”，即随着反应时间的延长而不断发生变化和调整。MCMB内部分子在球体生长过程中的主要变化趋势是分子的不断缩合长大，而不是分子片层的平行趋向。     

碳改性SnSbCu_(0.5)/M-MCMB/C负极材料

对中间相炭微球(MCMB)进行改性,以改性MCMB(M-MCMB)为基体、柠檬酸为碳源,由化学还原法、球磨法及热裂解工艺制得Sn Sb Cu0.5/M-MCMB/C复合材料。用XRD、SEM及恒流充放电等方法研究样品、纯Sn Sb Cu0.5合金和Sn Sb Cu0.5/M-MCMB负极材料。Sn Sb Cu0.5/M-MCMB/C复合材料可缓解纯Sn Sb Cu0.5合金的体积膨胀效应,提高循环稳定性。以100 m A/g在0.01~2.00 V循环,首次放电比容量为648.51 m Ah/g,库仑效率为74.55%,第80次循环的容量保持率为80.26%。     

锂二次电池SnO2-MCMB复合负极材料的研究

用直接沉淀法将氧化锡颗粒沉积在中间相碳微球(MCMB)核心上,制备了一种锂离子电池用的新型复合负极材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的结构及形貌进行了表征.通过恒流充放电、交流阻抗等测试手段对该材料的嵌脱锂特性进行了研究,循环20周后其比容量仍然保持在420mAh/g以上.电化学测试表明,此种复合物可以作为一种锂离子电池新型负极材料.     

新型中间相炭微球的制备及表征

采用甲醛对煤沥青进行聚合改性,然后经热聚合工艺制备中间相炭微球(MCMB),并对MCMB的结构及性能进行了研究.采用偏光显微镜和XRD对MCMB的结构进行分析,采用SEM对所制备的MCMB形貌进行分析,采用TGA对MCMB的热行为进行分析.结果表明,所制备的MCMB收率达35.1%,其平均粒径约为10μm,MCMB表面聚集了粒径小于0.5μm的小球;粒径较小的MCMB在偏光显微镜下不呈现各向异性;MCMB的平均微晶层间距距d002为0.342 0 nm,平均微晶高度Lc为3.42 nm,平均微晶大小La为2.38 nm;MCMB的5%(质量分数)热分解温度为618℃,整个过程的总失重率为15.12%.     

HTTmax对碳微球的结构及电性能的影响

将煤焦油沥青基中间相碳微球(C-MCMB)进行热处理,用密度和XRD图谱表征经不同最高热处理温度(HTTmax)处理过的C-MCMB试样的微观结构.运用恒电流充放电法、粉末微电极循环伏安法考察了HTTmax对C-MCMB试样充放电性能的影响.实验结果表明HTTmax<2000℃时,试样中存在大量微孔,贮锂机制为"微孔贮锂",试样具有一定的贮锂容量,但不可逆容量大,充放电效率低且无平稳的充放电电位平台;当HTTmax＝2000℃时,微孔几乎消失,而石墨微晶又小又少,因而试样的充放电容量达到最低;HTTmax＝2300～2800℃时,随着HTTmax的升高,试样中的石墨微晶迅速长大,贮锂机制为"石墨微晶层间嵌锂",充放电容量高,充放电电位平台低而平稳,循环寿命长.     

氧化铁掺杂对中间相炭微球制备的影响研究

中间相炭微球(MCMB)是一具有极大开发潜力和应用前景的新型炭材料。通过对MCMB的微观结构、粒径分布、收率、热失重等性能检测与分析,探讨了氧化铁掺杂对MCMB制备的影响规律。结果表明:添加氧化铁有利于MCMB表面的絮状物减少,球形度变好,粒径分布变窄;氧化铁可以促进反应的进行,使MCMB的收率随氧化铁增加而提高;氧化铁掺杂对MCMB失重率有一定的影响,使热失重较快达到平稳状态。     

高功率动力电池负极材料的研究

对锂离子动力电池负极用材料:中间相碳微球(MCMB)、软碳(SC)进行了对比研究。发现MCMB在高倍率放电性能上表现较好,而软碳材料在高倍率充电性能方面更加突出。为得到在高倍率充电、放电性能两方面都比较优越的负极材料,对MCMB和软碳进行了不同比例混掺的研究,结果表明:当MCMB与软碳的混掺比例达到5∶5时,电池的大倍率充放电性能表现较优越,能够满足功率型电池应用的需要。     

On the impact of the slurry mixing procedure in the electrochemical performance of composite electrodes for Li-ion batteries: A case study for mesocarbon microbeads (MCMB) graphite and Co3O4

The influence of the slurry mixing procedure on the homogeneity and electrochemical performance of composite electrodes for Li-ion batteries was studied. MCMB graphite and Co₃O₄ were used as probe active materials, since they exhibit different reaction mechanisms with lithium. Three different mixing procedures were used, (i) magnetic stirring, (ii) magnetic stirring with additional sonication steps and (iii) ball milling. SEM studies allow to determine that the mixing procedure has a significant effect in the microstructure of the active material. Indeed, ball milling was found to destroy the pristine MCMB microstructure and to induce agglomeration in nanosized Co₃O₄. While magnetic stirring is much less aggressive to that respect, sonication steps were found to enhance the homogeneity of the mixture without inducing major modifications in the microstructure of the materials and hence to have a beneficial impact in the final electrochemical performance.     

添加表面活性剂对中间相炭微球表面形貌和电性能的影响

通过将中温煤沥青在400~450℃下进行聚合可以得到中间相炭微球(MCMB),但由于中温煤沥青中含有喹啉不溶物(QI),MCMB在生成过程中QI会附着在MCMB表面,造成MCMB表面粗糙,进而影响了MCMB的电化学性能。通过在中温煤沥青中添加表面活性剂可以有效降低MCMB表面能,减少QI的附着,提高MCMB表面光滑度,从而提高了MCMB的电化学性能。     

A high energy Li-ion battery based on nanosized LiNi0.5Mn1.5O4 cathode material

The electrochemical performance of a Li-ion battery made from nanometric, highly crystalline LiNi_0.5Mn_1.5O₄ as positive electrode and mesoporous carbon microbeads (MCMBs) as negative electrode was assessed. The best performance was obtained by using a slight excess of spinel (a cathode/anode mole ratio of 1.3) and lithium bis-oxalate borate (LiBOB) instead of LiPF₆ as an electrolyte salt. Higher spinel contents caused the formation of metallic Li in the carbon and the rapid degradation of battery performance as a result. The calculated output energy was 322 Wh kg⁻¹ which is higher than the value reported for the LiMn₂O₄/C cell (250 Wh kg⁻¹).