以煤基焦粉為原料制備鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、煤基焦粉是煉焦行業(yè)的副產(chǎn)品，目前主要應(yīng)用于生產(chǎn)合成氣和作為燃料等，在高附加值應(yīng)用方面較少。本論文開展煤基焦粉高附加值應(yīng)用的研究，以煤基焦粉為原料制備鋰離子電池負(fù)極材料。論文從煤基焦粉純化、高溫催化石墨化及表面修飾等幾個(gè)方面開展研究，所得主要結(jié)論如下:
　　1.對(duì)焦粉的純化實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):①通過包括NaOH焙燒、水浸與HCl處理工序等在內(nèi)的堿-酸聯(lián)合純化工藝，可有效降低焦粉中的灰分含量。在焙燒溫度為250℃，NaOH用量為焦粉的30％

2、，焙燒時(shí)間為1h，鹽酸處理濃度為5.0％，處理時(shí)間為1h，NaF濃度為0.6g/L的工藝條件下，可以將焦粉中的灰分含量降至1.7％。盡管堿-酸聯(lián)合純化工藝可使焦粉中的灰分含量大大降低，但所獲焦粉的純度依然不夠電池級(jí)要求。②通過HF浸出、并輔助酸HCl處理，可獲得能滿足電池級(jí)純度要求的焦粉。在HF濃度為24％，浸出時(shí)間為60min，反應(yīng)溫度為室溫(17℃)，HCl濃度為14％，浸出時(shí)間為60min的工藝條件下，焦粉中灰分的含量可降至0.4

3、1％。
　　2.對(duì)純化焦粉的熱處理溫度與電化學(xué)嵌/脫鋰性能之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn):①隨著熱處理溫度的升高，焦粉的首次放電比容量及首次庫侖效率均有增大的趨勢(shì);熱處理溫度高于2000℃后，焦粉負(fù)極的循環(huán)性能良好;在2800℃處理得到的焦粉負(fù)極材料，表現(xiàn)出了313mAh/g的首次放電比容量與76％的首次庫侖效率。②儲(chǔ)能機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，熱處理溫度低于2000℃所得焦粉的儲(chǔ)鋰機(jī)制以“空隙儲(chǔ)鋰”為主;熱處理溫度大于2400℃后，焦粉的儲(chǔ)鋰機(jī)制為“石

4、墨微晶層面間嵌鋰”。
　　3.研究催化劑加入量、熱處理溫度、石墨化度與材料電化學(xué)嵌/脫鋰性能之間關(guān)系后發(fā)現(xiàn):①熱處理溫度低于2000℃時(shí)，催化劑加入與否對(duì)焦粉的微晶層面間距和石墨化度的影響并不明顯，相反，加入催化劑樣品的首次放電比容量還略低于未加催化劑樣品;②熱處理溫度大于2400℃時(shí)，催化劑對(duì)焦粉石墨化度的影響明顯;在2600℃溫度下熱處理時(shí)，5wt％催化劑的加入可使樣品的石墨化度提高24％;③催化劑加入量對(duì)樣品的首次放電比容量

5、有較大影響，首次放電比容量隨催化劑量增加呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì);在催化劑加入量高于5 wt.％以后，材料首次庫侖效率呈現(xiàn)輕微下降趨勢(shì);催化劑的加入對(duì)材料循環(huán)性能的影響不明顯。在熱處理溫度為2600℃時(shí)，獲得最大放電容量(約360mAh/g)的催化劑加入量為2.5wt％，而催化劑加入量為5wt％才能獲得最高首次庫侖效率（接近79％）。
　　4.包覆處理是提高焦粉首次庫侖效率的有效手段，研究發(fā)現(xiàn):①以瀝青為包覆原料，通過固固法混料-氣氛