不同軟化點(diǎn)的瀝青對(duì)天然石墨包覆性能有何影響？

瀝青主要是指由高分子的烴類(lèi)和非烴類(lèi)組成的黑色到暗褐色的固態(tài)或半固態(tài)粘稠狀物質(zhì)，它是原油蒸餾或煤煉焦加工過(guò)程中的副產(chǎn)物。瀝青具有來(lái)源廣泛、成本低廉、殘?zhí)柯矢咔乙子谑葍?yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于天然石墨負(fù)極的表面包覆改性。

對(duì)于瀝青應(yīng)用到石墨材料改性，已有不少研究探索，但是目前還沒(méi)有成熟系統(tǒng)的結(jié)論。這是因?yàn)椋瑸r青種類(lèi)較多，組分及結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且因?yàn)樵系牟町悾鞣N瀝青的軟化點(diǎn)、TI（甲苯不溶物）、QI（喹啉不溶物）含量不同，導(dǎo)致其殘?zhí)柯实纫膊煌Ｍ瑫r(shí)，不同瀝青炭化后的微觀結(jié)構(gòu)差別較大，對(duì)石墨基材的潤(rùn)濕性也不一樣。因此，對(duì)負(fù)極材料包覆改性的效果有較大的影響。

為了考察瀝青性質(zhì)對(duì)天然石墨包覆性能的影響，科研人員采用3款不同軟化點(diǎn)的石油基瀝青，以液相包覆法處理天然石墨，對(duì)所得樣品的粒度、結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能等進(jìn)行分析研究。

1、包覆處理

研究人員選取3款石油基包覆瀝青，將包覆瀝青破碎磨粉后溶解于四氫呋喃中，配置成瀝青溶液，在攪拌下向其中加入天然石墨（記為NG），并進(jìn)行超聲處理形成均勻的石墨懸浮液，其中瀝青/石墨的質(zhì)量比為10%，后經(jīng)溶劑蒸發(fā)、炭化等工序制得包覆天然石墨負(fù)極材料，分別記為P170@NG、P220@NG和P250@NG。

所選包覆瀝青的基本性質(zhì)

2、粒度、結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能分析

（1）粒徑與吸附性能分析

圖1包覆天然石墨負(fù)極材料的粒度分布曲線圖

圖2包覆天然石墨負(fù)極材料的氮?dú)馕摳降葴鼐€（a）和DFT孔徑分布圖（b）

圖1和圖2分別為包覆天然石墨負(fù)極材料的粒度分布曲線圖，包覆天然石墨負(fù)極材料氮?dú)馕摳降葴鼐€（a）和DFT孔徑分布圖（b）。實(shí)驗(yàn)表明，中值粒徑（D50）隨著瀝青軟化點(diǎn)的增加而增大，采用低軟化點(diǎn)瀝青包覆的P170@NG粒度分布與原料NG基本相近，而高軟化點(diǎn)瀝青包覆的P220@NG和P250@NG中大粒徑顆粒顯著增多，這說(shuō)明高軟化點(diǎn)瀝青能夠形成更大厚度的包覆層。此外，包覆后負(fù)極材料的中孔顯著減少，但樣品P170@NG的微孔顯著增加，這也導(dǎo)致其比表面積大于原料NG，這一現(xiàn)象可能由于低軟化點(diǎn)瀝青包覆后在炭化處理時(shí)大量輕組分釋放形成孔隙。

（2）結(jié)構(gòu)分析

圖3包覆天然石墨負(fù)極材料的XRD圖譜

圖3為不同軟化點(diǎn)瀝青包覆天然石墨負(fù)極材料的XRD圖譜，可以看出包覆后石墨樣品的衍射峰與天然石墨基本一致，表明包覆瀝青的軟化點(diǎn)變化并未對(duì)石墨的晶體結(jié)構(gòu)造成顯著影響。

圖4包覆天然石墨負(fù)極材料的Raman光譜圖

圖4為不同軟化點(diǎn)瀝青包覆天然石墨負(fù)極材料的Raman光譜圖，可以看出隨著瀝青軟化點(diǎn)的提高，譜圖中樣品的ID/IG值相應(yīng)增大，這是由于高軟化點(diǎn)瀝青具有更高的殘?zhí)柯剩炕髽?gòu)成包覆層的衍生炭更多，從而獲得了厚度更大的包覆層，導(dǎo)致相應(yīng)改性石墨的近表面區(qū)域的無(wú)序度增大的更多。

（3）形貌分析

圖5包覆天然石墨負(fù)極材料的SEM圖片

圖5是不同軟化點(diǎn)瀝青包覆天然石墨負(fù)極材料的SEM圖，從圖（a、c、e、g）可以看出，石墨顆粒未見(jiàn)明顯顆粒粘結(jié)，表明瀝青包覆比例適當(dāng)、效果較好。通過(guò)對(duì)比圖（b、d、f、h），高軟化點(diǎn)瀝青包覆的石墨表面更加圓潤(rùn)、缺陷少，包覆層更加完整。而低軟化點(diǎn)瀝青包覆的P170@NG的石墨表面仍可見(jiàn)較多的裂紋和孔隙，表明低軟化點(diǎn)瀝青中較高含量的輕組分對(duì)于包覆層有不利影響。

（4）電化學(xué)性能分析

研究人員分別對(duì)不同軟化點(diǎn)瀝青包覆天然石墨負(fù)極材料的恒流充放電性能、循環(huán)性能、倍率性能及電化學(xué)阻抗等進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明，采用高軟化點(diǎn)瀝青包覆的樣品P250@NG表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，與石墨原料相比，其首次庫(kù)倫效率由84.7%提高到88.04%，0.5C電流密度下250次循環(huán)的容量保持率由63.14%提高到81.19%，在1C和2C電流密度下的放電容量幾乎達(dá)到原料NG的2.5倍，分別為298.5mAh/g和138.3mAh/g。

小結(jié)

經(jīng)過(guò)綜合分析，研究人員認(rèn)為，選擇適宜的瀝青包覆天然石墨，可以改善天然石墨負(fù)極材料的循環(huán)性能和倍率性能，并能夠提高首次放電容量。低軟化點(diǎn)瀝青由于炭化時(shí)輕組分釋放，包覆層形成大量微孔導(dǎo)致不可逆容量損失較多，高軟化點(diǎn)瀝青有利于形成完整包覆層，其對(duì)天然石墨的循環(huán)性能和倍率性能改善最佳。

參考來(lái)源：

1、王永邦等.不同軟化點(diǎn)瀝青對(duì)天然石墨包覆性能影響

2、黃健等.不同瀝青包覆球形天然石墨負(fù)極材料結(jié)構(gòu)和性能研究

3、瀝青如何應(yīng)用到負(fù)極材料的改性之中？中國(guó)粉體網(wǎng)

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！

本文地址：http://www.scmrzs.com/news/details566.html