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如何将沥青应用于负极材料的改性中。
沥青主要是指由聚合物碳氢化合物和非碳氢化合物组成的黑色至深棕色的固体或半固体粘性物质。它是原油蒸馏或煤焦加工过程中的副产品。沥青具有来源广泛、成本低、碳残留率高、石墨化方便等优点目前,它已被研究应用于锂离子电池负极和负极材料改性领域。
在负材料改性中,常用的方法是表面涂层。表面涂层主要包括化学气相沉积、固相涂层和液相涂层。通过气相。固相或液相碳化沉积在材料表面形成一层无定形碳,形成核壳结构。在改性材料表面形成壳体结构,以限制和缓冲负材料活性中心的体积膨胀或结构损伤,从而保持电极材料的稳定性。
1.沥青和石墨改性。
石墨材料是常用的商业负极材料,但也存在一些缺陷,如第一次循环库仑效率低、循环稳定性差、电解质选择性高等。因此,有必要对其进行改性,以提高石墨材料的电化学性能。
在表面涂层改性中,由于其成本低、工艺简单等优点,固相涂层法得到了广泛的应用。目前,大多数商业石墨负极材料采用固相涂层法。目前,石墨的固相涂层改性处理通常是覆盖硬炭结构的树脂材料或软炭结构的沥青材料。涂层材料在高温条件下裂解,形成一层附着在石墨表面的无定形碳层,减少石墨材料表面的活性端面,从而提高石墨与电解质的相容性。沥青具有价格便宜、碳残留率高、高温下流动性好等优点。在高温惯性条件下,沥青可以在石墨颗粒表面和内部裂解形成无定形碳层,不仅覆盖在石墨材料表面,还可以通过石墨中的微孔渗透到石墨颗粒中,提高石墨材料的振动密度和电子电导率,提高石墨负极材料的首次充放电效率和循环性能。
沥青在石墨材料改性中的应用有很多研究和探索,但目前还没有成熟的系统结论。这是因为沥青种类繁多,成分和结构复杂。由于原材料的不同,各种沥青的软化点。TI(甲苯不溶物)。QI(喹啉不溶物)含量不同,导致其残余碳率也不同。同时,不同沥青炭化后的微观结构差异较大,对石墨基材的润湿性也有所不同。因此,它对负极材料的涂层改性有很大的影响。HanyJ采用煤焦油沥青对石墨进行涂层改性,探讨了煤沥青的组成和软化点对涂层石墨负极的首次库伦效率和倍率性能的影响。结果表明,软化点高、组分轻的沥青更容易形成石墨表面均匀、无定形的碳涂层,可有效降低石墨电极与电解质界面之间的电荷转移电阻,从而提高涂层石墨的电化学性能。
2.沥青和硅的负极改性。
硅负极材料被认为是具潜力的下一代负极材料,因为它具有理论容量高、锂电位低、环境友好、储量丰富等优点。但硅材料也存在导电性差、充放电过程中体积膨胀、可逆性不稳定、容量衰减严重等问题,限制了其大规模应用。
与石墨材料一样,硅材料也可以用沥青覆盖,在硅材料表面形成碳涂层,稳定SEI膜,缓冲体积膨胀,从而提高循环性能,从而有效提高电极材料的稳定性。Q将沥青粉末和微纳米结构的硅微球均匀分散在四氢呋喃中,然后在70℃下干燥,蒸发溶剂。然后,在氮气保护下,沥青涂层的硅碳复合材料以5℃·min-1的加热速率在900℃下碳化3小时,并与锂离子电池负极材料的放电容量和相应的库伦效率与循环次数的关系进行了比较。与SIMS和C相比,覆盖沥青炭的C-SIMS表现出佳的电化学性能。
ParkGD等。将沥青均匀分散在四氢呋喃中,浸泡在Si-CNT微球中,然后在Ar气氛中碳化900℃3h,三维多孔沥青炭覆盖的Si纳米颗粒-碳纳米管(Si-CNT@PC)复合微球。与未涂沥青炭的Si-CNT微球相比,碳覆盖的硅纳米颗粒具有良好的电化学性能。当电流密度为1A.g-1时,经过200个周期。
沥青涂层改性负极材料有利于提高石墨和硅炭材料的电化学性能。对这一问题的研究也有很多尝试,但沥青涂层改性的机制尚不清楚,未来仍有很大的技术改进空间来保持改性材料的性能一致性。