论文部分内容阅读
将长岭石油焦进行不同HTTmax（最高热处理温度）的热处理，用密度、XRD图谱来表征热处理后长岭石油焦试样的微观结构。运用恒电流充、放电实验和粉末微电极循环伏安实验来检测上述试样的充、放电性能。在此基础上探讨了长岭石油焦试样的微观结构与充、放电性能之间的关系，确认了其最佳热处理温度（3000℃）。为了减能，采用了高效热处理工艺制度，在3000℃下制备了具有最佳贮锂结构的C3000-2试样。考察了C3000-2试样和四种电解液之间的相容性，利用FTIR图谱对C3000-2试样在上述四种电解液中首次充电时在炭负极表面所形成的SEI（固体电解质中间相）膜的成分和织构进行了分析，研究了试样与电解液的相容性和SEI膜的关系。结合恒电流充、放电实验，采用正交法分析了C3000-2试样的炭膜中导电剂乙炔黑的含量（A）、C3000-2试样的粒度（B）、粘结剂PTFE的含量（C）和充、放电电流密度（D）对C3000-2负极材料的充、放电性能的影响。试验结果表明： 1．HTTmax对长岭石油焦试样的微观结构和充、放电性能有很大影响。当HTTmax＜1800℃时，长岭石油焦试样属于乱层结构，石墨微晶尚未出现或数量很少，贮锂机制为“孔隙贮锂”，由于孔隙的大小不一，插锂时克服阻力所需的电位也不同，因此充、放电曲线呈“V”字形，无充、放电电位平台；随着HTTmax的增大，材料中孔隙逐渐变小、变少，充、放电容量也逐渐变小；HTTmax=1800℃时，微孔几乎消失，而石墨微晶又少又小，因此试样的充、放电容量最低；HTTmax＞1800℃时，石墨微晶迅速成长，充、放电容量迅速增大，充、放电曲线为“U”字形，充、放电平台低而平稳，循环性能良好，为典型的“石墨微晶层间嵌锂”机制；当HTTmax=3000℃时，采用热处理工艺制度1所得试样C3000-1在1mol／LLiClO4／EC+DMC（1∶1）电解液中第三循环的放电容量D3=289.2mAh／g充、放电效率η3=93.6％；采用热处理工艺制度2所得的C3000-2试样的第三循环的放电容量D3=346.3mAh／g充、放电效率η3=94.6％，表现出更为优异的充、放电性能。 2．C3000-2试样在不同的电解液中，首次充电过程中形成的SEI膜化学组分均为碳酸锂和烷基碳酸锂，但在EC基电解液中形成的SEI膜薄而致密，可有效地阻止溶剂化锂离子插入石墨烯层间，不可逆容量少，表现出与C3000-2负极材料有良好的相容性;在PC基电解液中形成的SEI膜厚且有缺陷，不能有效地阻止溶剂化铿离子插入石墨层间，不可逆容量大，与C3000:负极材料的相容性极差。 3.C3000一:试样的炭膜中导电剂乙炔黑的含量（A）、C30。。:试样的粒度（B）、粘结剂PTFE的含量（C）和充、放电电流密度（D）对C3000一:负极材料的充、放电性能均有影响，但程度不同。对C3。。。一:负极材料在lmol/L LICIOI/EC+ DMC（1:1）电解液中第三循环放电容量的影响顺序为:C>B>A>D;对第三循环充、放l一匕效率的影响顺序为:D>B>A=C。C3000-:试样的第三循环放电容量达到最大时各因素的水平与第三循环充、放电效率最大时并不一致。考虑到各因素对第三循环充、放电效率影响的极差都不大，当充、放电电流密度卜10mA/g时，可选取组合AZBZC:。D.（D:。=349.OmAh/g、几。=93.7%）;当充、放电电流密度I=15mA/g时，「J丁选取组合A;BZCZDZ（D;、=346.3mAh/g、几:、=94.6%）;当充、放电电流密度卜ZOmA/g时，可选取组合AZB.CZD:。（D:、=335.smAh/g、几:;=96.3%）的组合。 4.采用粉末微电极法研究了C300o2试样在lmol/1 LICIO，/巨C+DMC（l:1）}包解液中的循环性能，实验结果表明该试样是一种循环性能优越的LIB负极材料，充、放电到第500循环时，放电容量仍保持了最大放电容量的85.02%，充、放电效率为94.96%。