中間相炭微球的制備及性能研究.pdf

1、中間相炭微球因?yàn)槠洫?dú)特的分子片層平行堆砌結(jié)構(gòu),又兼微球形特點(diǎn),成為了電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)異的負(fù)極材料。但由于這方面的研究尚不是十分透徹,一些基本的工藝條件還不是十分清楚。本文圍繞中間相炭微球的工業(yè)化需要,詳細(xì)探討了不同的工藝條件、不同的原料等因素對(duì)其性能的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴以煤瀝青為原料,采用熱聚合法制備中間相炭微球,用掃描電鏡(SEM)、激光粒度分析儀,對(duì)其形狀、大小進(jìn)行直觀分析。結(jié)果表明：熱聚合溫度的

2、升高和熱聚合時(shí)間的延長(zhǎng)都有利于反應(yīng)體系內(nèi)芳烴大分子組成的產(chǎn)生,縮聚成球的機(jī)會(huì)變多,能夠提高產(chǎn)率,增大球徑,球形度變好,其中溫度的作用更為明顯,優(yōu)化熱聚合溫度和時(shí)間是制備中間相炭微球關(guān)鍵。對(duì)母液進(jìn)行攪拌使體系內(nèi)聚合機(jī)率加大。壓力增大阻止輕組份脫離,體系粘度低,母液的流動(dòng)性增強(qiáng),球形度變好;含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的吡啶、喹啉和甲苯分離效果較好,相比較用吡啶直接抽提,經(jīng)過(guò)洗油離心分離后的濾餅再用吡啶抽提得到中間相炭微球,可以減少抽提時(shí)間,減少消耗,分離

3、效果較好。
　　 ⑵考察了原料組成對(duì)制備中間相炭微球的影響,以喹啉不溶物(QI)不同含量、不同軟化點(diǎn)的原料以及煤焦油瀝青中配比FCC油漿熱聚制備中間相炭微球。結(jié)果表明：原料中的QI是阻止中間相小球體的成長(zhǎng)以及球體之間的融并,通過(guò)控制QI的含量可以制備不同粒徑的中間相炭微球。軟化點(diǎn)過(guò)高的原料,熱聚得到的中間相瀝青軟化點(diǎn)過(guò)高,粘度太低,會(huì)引起反應(yīng)體系的焦化,不利于中間相炭微球脫離,造成彼此粘連,得不到很好的球體。在軟化點(diǎn)較低的反應(yīng)體

4、系中,因?yàn)樵系姆枷愦蠓肿拥暮枯^少,不利于中間相炭微球生成,導(dǎo)致反應(yīng)的產(chǎn)物收率低,相比較,軟瀝青(SP30～40℃)為佳。FCC油漿體系中單核多環(huán)的分子平面度高,煤焦油瀝青中多核多環(huán)的分子平面度大,相互配比后反應(yīng)過(guò)程中,能夠得到互補(bǔ),因此能夠得到粒徑分布較窄的炭微球。
　　 ⑶將中間相炭微球進(jìn)行炭化和石墨化處理,用掃描電鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射(XRD)和電性能測(cè)試等研究手段,結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)炭化和石墨化的中間相炭微球主要成分為

5、C元素,N、H等元素基本消失。石墨化處理后的中間相炭微球?yàn)榱襟w晶型石墨。炭化處理后的中間相炭微球,球形表面出現(xiàn)塌陷,比表面積增大,凹凸度則增大,層間距略有增加;石墨化后中間相炭微球,球表面有不完整凹陷,部分球體表面有收縮裂紋,片層排列更加有序,比表面積減小,密度增大,層間距有減小,其石墨化度較高,已經(jīng)形成了相對(duì)完整的晶體結(jié)構(gòu)。炭化后的中間相炭微球,放電容量高于石墨化的中間相炭微球,因?yàn)樘炕蟮闹虚g相瀝青鋰離子的嵌入和脫嵌同時(shí)在炭層和空