复配人造石墨比例对电化学性能的影响

为探究人造石墨二次颗粒和单颗粒的最佳混合比例以及对电化学性能的影响,利用SEM、XRD对复配石墨进行形貌及微观结构分析,对负极人造石墨二次颗粒及单颗粒不同配方质量比(3∶7、5∶5和7∶3)进行验证,参考国标GB/T 36276—2018,对比倍率、高低温、存储自放电及循环性能等电化学性能。25℃下2.0 P(800 W)放电容量、5℃低温能量保持率、25℃自放电、25℃下0.5 P及1.0 P循环性能在二次颗粒与单颗粒复配质量比为5∶5时表现最优。常温以0.5 P在2.50~3.65 V循环1459次,能量保持率为95.2%,以1.0 P在2.50~3.65 V循环2500次,能量保持率为88.7%。

焦原料类型对人造石墨负极性能的影响

通过采用不同类型焦原料制备人造石墨负极材料,研究了原料技术指标、负极材料技术指标、扣电电化学性能和全电电化学性能之间关系。研究表明,各向同性焦制备的负极材料各向同性程度最高,倍率性能和循环性能较优,但比容量和压实密度较低;中间相沥青焦制备的负极材料各向同性程度较低,比容量和压实密度较高,缺点是倍率性能较差;石油焦制备的负极材料,性能介于两者之间。分析认为,如果采用中间相沥青焦制备石墨负极AG350,可针对颗粒结构和表面包覆进行优化,通过改善倍率性能和循环性能,满足动力电池兼顾能量密度、快充性能和循环性能的需求。

人造石墨粉末微热压增材成形工艺

人造石墨粉末自粘结能力弱、成形工艺性不佳,难以器件化,开发利用价值不高。以人造石墨粉末为主要原材料,利用微热压增材成形技术快速制备了高密度石墨件,研究了不同混合粉末组成对试样层间结合状态影响,确定最佳材料配方组成,揭示层间结合机理。结果表明:添加适量的天然鳞片石墨粉末和对人造石墨粉末进行包覆预处理均有助于改善成形工艺性,单元层的层间结合力与粉层间的机械咬合力和粘结剂的渗流范围呈正相关。当人造石墨粉末(包覆1次)和天然鳞片粉末质量比为50∶35,热固性酚醛树脂粉末加入量为19 mass%时,最大成形密度可达到1.80 g/cm^(3),高温炭化后试样抗弯强度达到4.7 MPa,表明层间结合性较好。

真空-液相法制备沥青炭包覆人造石墨负极材料的研究

以两种煤沥青的四氢呋喃溶液作包覆剂,采用真空-液相法对人造石墨进行沥青炭包覆改性处理,将得到的样品与人造石墨分别进行扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析测试,并组装电池进行电化学性能测试.结果表明:沥青炭不仅包覆在人造石墨颗粒的表面,而且会填充到其孔隙中使平均孔径减小;沥青炭包覆导致人造石墨近表面区域的无序度增大,但不会改变人造石墨的晶体结构;改质沥青炭包覆人造石墨样品的比表面积从4.27m^2/g降至1.65m^2/g,首次库伦效率提高3.5%,不可逆容量降低10.9mAh/g,循环性能也有所改善.

AA 型人造石墨-氧化钴锂锂离子电池的温度特性

通过优化正负电极材料（ＡＧ、ＬｉＣｏＯ２）的制备工艺，改进电解质溶液的组分和配比，制成了ＡＡ型锂离子蓄电池。在－３７℃～６０℃温度范围里，电池具有良好的放电性能，在室温条件下电池平均初始放电容量大于６００ｍＡｈ，在－３７℃时电池能放出４５％的初始容量，６０℃时可以放出１００％初始容量。电池在１００％ＤＯＤ条件下以０．５Ｃ速率放电，循环充放寿命超过６００次，电池交流阻抗的测量显示了电解质溶液对电池性能的影响。

偶联剂改性人造石墨对摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用硅烷偶联剂KH-550、KH-560和钛酸酯偶联剂NDZ-401对人造石墨进行改性,并采用XD-MSM定速式摩擦试验机和MPX-2000磨损试验机分别考察3种不同偶联剂改性人造石墨对酚醛树脂基摩擦材料摩擦磨损性和速度/压力敏感性的影响,利用扫描电镜分析摩擦表面的形貌。结果表明:与未改性人造石墨相比,偶联剂改性人造石墨可提高摩擦材料的摩擦磨损性能和抗速度/压力敏感性。其中钛酸酯偶联剂NDZ-401改性人造石墨利于提高摩擦材料的摩擦因数稳定性和抗速度/压力敏感性;而硅烷偶联剂KH-560改性人造石墨可以提高摩擦材料抗磨损性能。

包覆处理对提高人造石墨负极材料性能的研究

通过对石墨化后的人造石墨负极材料进行包覆处理,提高其用于锂离子电池负极材料的容量、效率和循环性能。结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学性能测试等手段研究发现:未经过包覆处理的人造石墨材料的首次效率为82.4%,扣式电池经过50周循环后容量保持率为82.2%;而经过15%(质量分数)的高温沥青包覆处理后,其首次效率达到96.2%,扣式电池经过50周循环后容量保持率为94.5%。结果表明,采用沥青对石墨化后的人造石墨材料进行包覆处理能够很好地改善人造石墨的电化学性能。

高能球磨制备硅/人造石墨复合材料

以硅粉（Si）和人造石墨（AG）为原料，通过高能球磨制备了锂离子电池用Si／AG复合材料。SEM、XRD和充放电测试结果表明：复合材料呈嵌入型，硅含量越多，粘连在石墨表面的硅颗粒相应增多，复合效果越差；球磨基本上未破坏硅和石墨的结构。硅含量在5％～40％时，复合材料的脱锂比容量随着硅含量的增加先增大、后降低；电流为0．2C，、电压为0．001～2．000V时，复合材料的首次脱锂比容量为528—1700mAh／g，库仑效率为70％～80％；循环10次后，复合材料循环性能基本稳定，第40次循环的可逆比容量为309—567mAh／g。

沥青基人造石墨/天然石墨球复合炭负极材料的制备与性能

将沥青与天然石墨球按不同比例混合,经碳化处理后再进行石墨化得到锂离子电池用复合炭负极材料。研究结果表明:复合炭材料具有较大的平均层间距d002;复合炭材料仍保持类球形形貌;复合炭材料在较大倍率下的循环性能优于天然石墨球,其中在沥青基人造石墨与天然石墨球的质量比为15%的条件下,0.1C(1C=300 mA/g)充放电电流下材料的可逆比容量为343.7 mA·h/g,首次库仑效率为85.4%,1C下可逆比容量为295.4 mA·h/g,达到0.1C时可逆比容量的85.9%;1C倍率下50次循环比容量保持率为91.6%,与天然石墨球相比,复合材料具有更大的锂离子扩散系数。

硬碳包覆人造石墨作为锂离子电池负极材料的快充性能评价

电动汽车及混合动力汽车的发展对锂离子电池的功率特性提出了更高的要求.目前商业化的锂离子电池负极材料以石墨为主.然而石墨材料的层间距较小(0.335 nm),锂的扩散受到限制,不利于大电流充电.因此,制备和评价具有快充能力的石墨负极材料将有力推动锂离子电池在电动汽车中的应用.本文选择了一种小粒径(约6.7 μm)人造石墨,通过包覆硬碳进一步提高材料的快充性能.采用SEM、BET等表征材料的物理指标.考察材料首次充放电曲线、倍率、电化学阻抗和锂离子扩散系数等,评价硬碳包覆对快充性能的影响.

人造石墨对汽车摩擦材料性能的影响

采用干法粉末冶金混料,一次成形模具压制不同石墨含量的D465汽车刹车片,并通过LINK惯性台架试验研究人造石墨对摩擦材料性能的影响。结果表明:人造石墨对摩擦材料的理化、力学性能影响不大;随着人造石墨含量的增加,摩擦材料的摩擦系数呈现逐渐减小趋势,磨损量呈现先减小后增大的趋势;人造石墨对摩擦材料的噪音发生情况影响也呈现同样的趋势。结合理化性能,力学性能,摩擦系数,磨损数据综合比较,人造石墨含量在8%左右时,摩擦材料具有最佳的摩擦磨损性能和噪音性能。

人造石墨-硬碳复合负极材料的性能研究

为了改善锂离子电池的低温性能,将硬碳和石墨负极材料复合起来,制备成人造石墨-硬碳复合负极材料。采用不同比例的人造石墨-硬碳复合材料制备扣式电池并测试了其电化学性能。结果表明,硬碳∶人造石墨=3∶7比例的材料具有最优的综合性能。使用该比例复合负极制作全电池进行性能测试,结果显示该复合负极材料对锂离子电池的低温放电性能有明显的提升,并且还具备良好的倍率性能和低温循环性能。

人造石墨与亚稳态再结晶石墨形态变化

采用人造石墨作为碳源,硼作为添加剂,NiMnCo合金作为触媒,在金刚石稳定区域内(5.4GPa,1550K)利用温度梯度法考察了析出的亚稳态再结晶石墨的形态变化情况。结果发现,高温高压下析出的亚稳态再结晶石墨的形态跟所用人造石墨碳源有明显不同,人造石墨主要以杂乱无规则的鳞片状形式存在,而析出的亚稳态再结晶石墨形态较为规则,而且随着添加剂硼的加入,形态发生明显变化。当体系中没有硼存在时,亚稳态再结晶石墨大部分具有规则的六角形状,而且呈现明显的片层状生长模式,晶体垂直立于触媒之中,{0001}面与腔体内的轴向温度梯度方向平行生长;当体系中有硼存在时,亚稳态再结晶石墨形态发生明显变化,呈半球或者圆片状,以螺旋式生长为主,{0001}面与腔体内的轴向温度梯度方向垂直。

锂在包覆修饰废人造石墨中的扩散过程研究

为探究人造石墨包覆修饰处理对锂离子电池负极固相扩散系数的影响,弄清锂离子在包覆改性石墨中的传输扩散过程,采用交流阻抗测试技术对包覆修饰前后人造石墨中锂离子的扩散系数进行测试。结果表明,锂离子在人造石墨材料中的传输过程由锂离子从电解液穿过膜层和在材料中的嵌入两步组成,嵌锂过程由固相扩散控制,改性前后样品的扩散系数数量级在10-12之内,包覆修饰可对样品的固相扩散系数略有提高。

人造石墨-水分散体系的悬浮稳定性研究

为研究分散剂对人造石墨-水分散体系的悬浮稳定性和流变性的影响及其作用机理,以吸光度、粘度表征体系悬浮稳定性和体系流变性。通过Zeta电位、扫描电镜、红外光谱等方法研究了分散剂的影响机理。研究结果表明:无机分散剂三氧化二铝和硅酸铝可有效提高人造石墨的悬浮稳定性,改善其流变性;有机分散剂海藻酸钠有利于提高其悬浮稳定性,聚乙烯呲咯烷酮能明显改善体系流变性。

人造石墨粉末选择性激光烧结成形工艺实验研究

将选择性激光烧结技术应用于人造石墨粉末成形,探索其回收循环再利用的可能性。研究了球形石墨粉末的加入量对人造石墨/酚醛树脂混合粉末流动性和堆积密度的影响,确定了石墨3D打印材料配方组成;研究了激光功率、扫描速度、扫描间距和分层厚度等工艺参数对石墨原型件的成形精度和抗弯强度的影响,确定了各工艺参数的取值范围;最后通过正交实验确定了最优工艺参数组合,并快速制备了复杂石墨功能件,验证了新工艺的可行性。

固硼灰化-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯人造石墨中硼

高纯人造石墨中硼含量的测定通常将试样进行直接灰化处理,在灰化过程中,表面的碳化硼与氧气反应生成致密玻璃态氧化硼包裹住未被氧化的碳化硼,阻止其持续氧化,导致结果偏低。试验采用氢氧化钙溶液预处理样品后,在800℃灰化,灰化过程中,氢氧化钙分解为氧化钙,氧化钙再与玻璃态氧化硼反应,从而使碳化硼持续氧化。灰化后用硝酸溶解,建立电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯人造石墨中硼含量的分析方法。结果表明,硼质量浓度在0.02~2.0 mg/L范围内与其对应的发射光谱强度呈线性,标准曲线的相关系数为0.9999,方法检出限为0.03μg/g,测定值的变异系数(n=8)为2.5%~6.6%,加标回收率为95.2%~104.7%。

人造石墨加工性能研究

选取不同物理指标(如吸油值、粒度、比表面积、振实密度)的人造石墨,采用锂离子电池常规湿法和干法配料工艺配制浆料,并涂布干燥得到负极片。然后对浆料和负极片进行粘度、细度、过筛时间、流变、压实密度、反弹等加工性能测试。结果表明:吸油值越大,粒度分布越广,比表面积越大,振实密度越小,浆料的流变性能越差;湿法配料工艺更容易获得分散网络稳定的浆料,干法配料工艺制得的合格浆料过筛时间短,但在高剪切力下会破坏浆料的分散网络,引起浆料沉降。该研究成果对人造石墨类材料的制造工艺改善和锂离子电池制造过程具有重要指导意义。

焦原料种类对人造石墨快充性能的影响

选取三种不同的焦原料并将其制备成人造石墨材料,通过偏光显微镜、X射线衍射分析仪、倍率充电、电化学交流阻抗谱等方法对材料结构和电化学性能进行表征分析。研究结果表明:由纤维和镶嵌结构组成的针状焦A所得人造石墨的取向性较好,且其极片内Li^(+)扩散较快,在3 C下充电的容量保持率最高,达到81.7%;由镶嵌结构组成的石油焦B所得人造石墨的取向性虽好,但其极片内Li^(+)扩散缓慢;而由纤维结构组成的针状焦C所得人造石墨的取向性最差,同时其极片内Li^(+)扩散较慢;B和C所得人造石墨材料的快充性能均较差。