【摘要】：中間相瀝青炭微球是一種由稠環(huán)芳烴大分子在液相炭化過(guò)程中按照一定取向、排列,在表面張力作用下形成的液相炭質(zhì)微珠。中間相炭微球具有穩(wěn)定的石墨化片層結(jié)構(gòu)、一定的比表面積和高的化學(xué)穩(wěn)定性。因此,中間相炭微球被廣泛的應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,如:高性能液相色譜柱填料,高比表面積碳材料及鋰離子電池。中間相瀝青炭微球因其平穩(wěn)的放電平臺(tái)和高的放電容量被認(rèn)為是一種有前景的鋰電池負(fù)極材料。作為負(fù)極材料,為了進(jìn)一步提高其性能,更多的研究著眼于制備出具有更規(guī)整形貌和粒徑分布較窄的中間相瀝青炭微球。中間相瀝青炭微球的制備方法對(duì)其形貌有著重要的影響。傳統(tǒng)制備中間相炭微球的方法主要有縮聚法、乳化法和懸浮法等。這幾種方法各有利弊�？s聚法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),但其制備的炭微球分離困難;乳化法則對(duì)原料的選擇較為苛刻。本課題結(jié)合了上述兩種方法的特點(diǎn),以廉價(jià)的中溫煤焦油瀝青作為原料,一步制取中間相炭微球。在此工藝的基礎(chǔ)上,添加合適的助劑制備出粒徑分布均勻,形貌規(guī)整的中間相炭微球。通過(guò)改變反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間、攪拌速率等探索出可穩(wěn)定制備中間相炭微球的參數(shù)條件;添加合適的表面活性劑及添加劑在保證其粒徑分布均一的同時(shí),有效提高中間相炭微球的收率。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜分析、X射線衍射分析等手段對(duì)其形貌,表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征;通過(guò)循環(huán)伏安測(cè)試、恒流充放電測(cè)試等手段表征其電化學(xué)性能。將瀝青粉末和硅油按照1g:20ml的比例混合,在350℃～500℃的范圍內(nèi)隨著溫度的升高,瀝青的聚合程度不斷提高,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)則會(huì)出現(xiàn)融并的現(xiàn)象;隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),瀝青液滴逐漸趨于球狀,并逐漸長(zhǎng)大,保溫時(shí)間4h的樣品形貌較好;將1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性添加至反應(yīng)體系后,對(duì)結(jié)果有很大改善,所得樣品的平均粒徑為20.5um,主要分布在4～30um之間;微球的產(chǎn)率由32.7%提高至82.7%。為了進(jìn)一步提高樣品的形貌,將炭黑、碳化硅及石墨作為添加劑加入反應(yīng)體系中,均得到了較好的結(jié)果。添加1%炭黑的樣品的粒徑主要分布在15um～25um之間。樣品的電化學(xué)性能測(cè)試顯示:以添加1%石墨制備的樣品為例,其首次放電容量為422.1mAhg~(-1),可逆容量為359.4mAhg~(-1),首次效率為85.2%,循環(huán)50次后,容量保持率為97.7%。在1Ahg~(-1) 2Ahg~(-1)電流密度下,樣品的放電容量分別為283.6 mAhg~(-1)、203.6 mAhg~(-1),顯示優(yōu)越的電化學(xué)性能。
【圖文】：

本實(shí)驗(yàn)中另一個(gè)重要的制備原料為硅油。使用硅油作為實(shí)驗(yàn)用的分散下幾點(diǎn)原因：首先，本實(shí)驗(yàn)所用硅油為二甲基硅油，具有一定的極性，中青能夠在硅油中很好分散；其次，相比水或其他極性溶劑而言，在密度上中間相瀝青炭微球接近，便于生成的中間相炭微球在硅油體系中存在；然實(shí)驗(yàn)中硅油不僅充當(dāng)分散劑的角色，還起到導(dǎo)熱劑的作用，可在低于１８０°Ｃ件下使用，相比能在更高溫度下工作的甲基苯基硅油而言，價(jià)格便宜。最油在反應(yīng)過(guò)程中進(jìn)入到芳烴大分子的片層中，對(duì)片層結(jié)構(gòu)有一定的溶脹作作為電極材料時(shí)，便于鋰離子的遷入遷出。逡逑３．２反應(yīng)條件對(duì)中間相炭微球形成的影響逡逑制備中間相瀝青炭微球首先要對(duì)原料瀝青進(jìn)行一定程度上的預(yù)處理，原料瀝青粉碎，４０°Ｃ下烘干１２ｈ，將烘干的瀝青粉末分級(jí)過(guò)篩，所使用的分別為０目（不過(guò)篩）、１００目、２００目、３００目。將篩分后的瀝青粉末與

圖３－２不同溫度制備ＭＣＭＢ的偏光照片逡逑Ｆｉｇ３－２邋Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＭＣＭＢｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑圖３－２是在保持其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)不變的情況下，只改變保溫溫度，所制備出的逡逑中間相瀝青炭微球的偏光照片。保溫溫度在本實(shí)驗(yàn)的研究中是一個(gè)非常重要的條逡逑件，它決定了原料瀝青能否有效的發(fā)生中間相的轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)于整體中間相瀝青逡逑炭微球的收率也有很重要的影響。圖（ａ）、Ｃｂ）、（ｃ）、（ｄ）分別為３５０°Ｃ、３８０°Ｃ、逡逑４１０°Ｃ、４４０°Ｃ條件下制備出的中間相炭微球，，這里的溫度為釜內(nèi)溫度即反應(yīng)溫度。逡逑２１逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;O646

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2640615