沥青炭包覆对球形石墨电化学性能的影响

这是一篇矿物材料领域的论文。通过沥青包覆球形晶质石墨和炭化处理制备出锂离子电池负极材料,系统探究了沥青软化点对沥青炭化包覆球形晶质石墨负极材料结构和电化学性能的影响。结果表明,沥青炭化包覆后在石墨表面形成了一层无定形炭,改善了球形晶质石墨的表面形貌,但未改变其晶体结构;高沥青软化点包覆后的复合材料具有更好的电化学性能和循环稳定性,在温度为280℃条件下,经过30次循环充放电后容量没有明显的衰减,容量保持率为85.07%,比未处理的试样提高了4.74%。

微氧化处理对球形石墨结构及电化学行为的影响

研究了微氧化处理对球形石墨的晶体结构、表面形貌和电化学行为的影响.采用XRD、Raman光谱和SEM等手段分析了样品的结构和形貌,并采用恒电流充放电测试、粉末微电极技术和慢速扫描循环伏安法(SSCV)研究了微氧化前后石墨负极的电化学行为.结果表明,微氧化后石墨颗粒中的结构缺陷增多,近表面区域的无序度增大,面内平均晶粒尺寸La减小,且菱形相含量降低,石墨呈不规则的鳞片状,部分层面的边缘有卷曲与刻蚀现象.微氧化后石墨负极的第三次脱锂容量从345.5 mAh/g增加至381.4 mAh/g,且其循环性能得到有效改善.同时,微氧化后锂离子较容易从石墨中脱出,脱锂过程中一阶Li-GICs(lithium-graphite intercalation compounds,简称Li-GICs)向二阶Li-GICs的阶转变可在较低的电位下发生.

碳包覆球形石墨负极材料的合成

采用浸渍-蒸发-热解炭化的方法制备了不同系列碳源包覆的碳包覆球形石墨电池负极材料。利用XRD和SEM分析技术研究了碳源种类和碳包覆量对碳包覆球形石墨材料结构的影响。结果表明:采用葡萄糖、沥青和酚醛树脂做碳源能够制备出具有碳核-壳结构的碳包覆球形石墨材料;随碳源加入量增加,碳包覆球形石墨材料的碳壳增加;酚醛树脂做碳源能够制备出具有光滑致密的碳核-壳结构的碳包覆球形石墨电池负极材料。

淀粉基碳包覆球形石墨的制备

为了弥补石墨材料性能方面的不足,以可溶性淀粉为碳源,经预碳化后,采用KOH活化法制得淀粉基碳包覆球形石墨。考察淀粉/石墨质量比对材料制备的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位测试对样品的微观结构、形貌和表面性质进行表征分析。结果表明,当淀粉/石墨质量比为1∶3时,制得的样品具有规整的核壳结构。这种结构对球形石墨的结构和性质起到良好的保护作用。

球形石墨微观结构的分形模型

根据铸铁中球形石墨的表面形貌及微区分析,提出其内部角锥体呈多次分枝的分形结构模型,计算出分维值的范围并对分形的形成机理进行了探讨。

SiC与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

以6092铝合金为基体,通过粉末冶金法分别制备了球形石墨颗粒(Gr)以及SiC_(p)和Gr混杂增强的铝基复合材料,并采用田口模型结合方差分析,对复合材料与铜合金摩擦副之间的干滑动摩擦磨损行为进行了分析研究.结果表明:随着载荷从10 N增至20 N,3种复合材料的摩擦系数、磨损率均相应增加;随滑动速率从0.5 m/s增至1.0 m/s,15%Gr/6092Al和(5%Gr+20%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数先减小后增大;而(5%Gr+10%SiC_(p))/6092Al的摩擦系数呈递减趋势.相同条件下,单一石墨颗粒增强的复合材料的磨损率大于混杂增强的复合材料的磨损率.方差分析的结果表明:增强相百分比单独作用、增强相百分比和滑动速率相互作用以及滑动速率单独作用3个因素对磨损率和摩擦系数产生了显著的影响.随SiC_(p)含量增加,材料硬度增加,SiC_(p)对基体起到支撑保护作用,磨损面上的磨痕变浅,分层剥落现象明显减轻,磨屑变得细小,摩擦系数更为稳定,磨损机制由剥层磨损向磨粒磨损转变.

石墨烯包覆天然球形石墨作为锂离子电池的负极材料,是否需要乙炔黑导电剂?

我们通过包覆炭化的方法制备得到了石墨烯包覆的天然球形石墨(G/SG)材料,并使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及多种电化学测试手段考察了不同石墨烯含量的复合材料的形貌结构及电化学性能。我们发现,在不添加乙炔黑(AB)的情况下,G/SG复合材料表现出较高的首次库伦效率,很好的循环稳定性和高倍率性能。当石墨烯包覆量为1%时,材料50次循环后的可逆容量可与添加10%AB的天然石墨电极(SG)等同;当石墨烯包覆量为2.5%时,材料的比容量完全高于添加10%AB的石墨电极。材料电化学性能的改善归因于石墨烯的包覆。一方面,石墨烯的柔软可变性可以保证天然石墨颗粒在充放电过程中的结构完整性,从而有效改善材料的循环稳定性;另一方面,石墨烯的存在提高了电极的导电性,促进更好导电网络的形成。因此,石墨烯包覆天然球形石墨材料中,石墨烯不仅是活性物质,也发挥导电剂的作用。当添加5%的乙炔黑时,在50 mA·g^(-1)电流循环50次后,5%G/SG电极的可逆容量从381.1 mAh·g^(-1)提高到404.5 mAh·g^(-1),在1 A·g^(-1)电流时可逆容量从82.5 mAh·g^(-1)提高到101.9 mAh·g^(-1),这表明G/SG电极仍然需要乙炔黑导电剂。乙炔黑颗粒填充在复合材料的空隙中,通过点接触的形式连接到G/SG颗粒,与石墨烯协同作用形成了更加有效的导电网络。尽管石墨烯包覆和乙炔黑添加对天然石墨电极具有积极的影响,例如增加了天然石墨电极的导电性和储锂性能(包括可逆容量,倍率性能和循环性能),但随着石墨烯或乙炔黑的增加,电极密度通常会降低。因此,在实际应用中应考虑石墨负极材料的质量和体积容量的平衡。这些结果对天然石墨的进一步商业应用具有重要意义。我们的工作为天然石墨电极在锂电池中的电化学行为提供了一种新的认识,并且有助于制备更高性能的负极材料。

不同碳化硅和球形石墨含量对混杂增强铝基复合材料力学性能的影响

目的研究不同增强相配比对SiC_(p)与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料力学性能的影响。方法以6092铝合金为基体,采用粉末冶金法制备了球形石墨颗粒(Gr)、SiC_(p)单相增强以及SiC_(p)和Gr混杂增强的铝基复合材料,通过挤压塑性变形与T6强化热处理进一步改善材料的力学性能。结果所制备的复合材料无孔洞等缺陷,致密度达99%以上。通过XRD分析发现材料中存在Mg_(2)Si和脆性的MgAl_(2)O_(4),通过SEM和EDS对微观组织分析,未发现增强相与基体之间存在界面反应。室温拉伸实验表明,复合材料中随Gr含量的升高,复合材料的力学性能显著降低,当Gr体积分数为15%时,屈服强度、抗拉强度和伸长率相较于基体分别降低了13%,23%,87%;混杂增强的复合材料中,(10%SiC_(p)+5%Gr)/6092Al相较于基体抗拉强度和屈服强度分别提高了3%和8%。结论复合材料在拉伸过程中微裂纹首先在Gr-Al界面形成;当Gr体积分数≥7.5%时,Gr容易聚集,使复合材料力学性能严重降低。

球形石墨碎片选择性激光烧结成形工艺实验研究

本文首次将选择性激光烧结(SLS)技术应用于球形石墨碎片成形,研究了四种工艺参数对石墨原型件尺寸精度和抗弯强度的影响,揭示了其内在机理。通过正交实验获得合理的工艺参数组合,快速制造出石墨原型件。

球形石墨中六价铬含量测定方法研究

球形石墨的国家标准中规定的六价铬测定方法采用的是GB/T 26125-2011《电子电气产品六种限用物质(铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚)的测定》中附录C规定的方法。本文针对此方法的硫酸的纯度等级、样品提取步骤、显色时间、标准曲线浓度范围等方面进行了研究并提出了改进方案,形成了新的实验方案,并对新的试验方案进行了验证。

球形石墨粉末选择性激光烧结成形工艺研究

研究了不同的球形石墨粉末与人造石墨体积比、包覆预处理次数以及激光能量密度对选择性激光烧结(SLS)石墨件成形精度和抗弯强度的影响,揭示了其内在机理,并通过正交试验进一步确定最优工艺参数组合,获得细小特征尺寸的多孔石墨骨架。结果显示,在石墨粉末与黏结剂组成确定的前提下,提高人造石墨粉末与球形石墨体积比有助于提升混合粉末堆积密度、导热系数以及SLS石墨件抗弯强度,但对其成形精度不利。通过对石墨粉末进行包覆预处理,提高了粉末间有效黏结力,在降低混合粉末导热系数、提高堆积密度的同时保证了SLS石墨件抗弯强度和成形精度,最终选择合理的工艺参数组合成功打印出结构完整、最小特征尺寸为?1.0 mm的类金刚石多孔石墨骨架,其素坯X、Y轴方向尺寸相对误差控制在2%以内,Z轴方向尺寸相对误差为8.25%,抗弯强度达到2.84 MPa。

天然鳞片石墨球形尾料制备柔性电热膜

随着球形石墨在锂离子电池负极材料的应用,天然鳞片石墨球化过程中产生了大量的球形尾料,其利用率及附加值较低。本文将球形石墨(SG8)、球形尾料与羧基化纳米纤维素按不同比例混合,制备了6种柔性电热膜。通过调控球形石墨和球形尾料添加量、电压等参数,研究电热膜的电阻、电阻率和升温速率的演变规律。研究表明,在10V电压下,球形尾料含量为15%的加热膜电阻率为8.57mΩ/mm,达到发热最高温度为59.3℃,前30s的升温速率为0.50℃/s,水洗后球形尾料含量为15%的加热膜电阻率为9.30mΩ/mm,达到发热最高温度为58.6℃,前30s的升温速率为0.46℃/s,表明球形尾料电热膜水洗后仍具备良好的柔性和发热性能,证明了利用天然石墨球形尾料可制备柔性电热膜。相比于球形石墨,球形尾料具有更好的电热性能,为天然石墨球形尾料的高质化利用提供了解决途径。

我国高纯石墨产业发展现状

石墨的提纯是制备所有石墨材料的基础,是石墨材料发展的共性问题。本文综述石墨提纯技术的优劣势及研究进展,介绍了我国石墨产业发展现状。

天然石墨矿及球形石墨价值的能值核算

目前资源匮乏是全世界面临的问题,资源性产品价格偏低,导致经济发展中对其消耗巨大和开发过度。首先,本文主要运用能值分析方法,核算了天然石墨和球形石墨的能值价值。结果显示,2015年天然石墨和2010年球形石墨能值分别为1.73E+17、2.18E+17 sej·t^(-1),按照当年美元兑换人民币汇率的能值货币价格分别约为130000和160000元·t^(-1),而其2015年天然石墨和2010年球形石墨出厂价分别为4500和14000~18000元·t^(-1),因此,二者的市场价格远低于其能值价值。其次,本文定量评估了球形石墨生产过程中生态环境贡献和损失及对人体健康的危害。结果显示,生态环境贡献较小为1.74E+13sej·t^(-1),而生态服务功能损失很大,为2.06E+15 sej·t^(-1),烟尘对人体健康的危害最大。本研究能为石墨产品等资源性产品的科学定价,石墨贸易市场秩序的完善,石墨产业的可持续发展提供科学依据。

球形天然石墨酚醛树脂二次包覆工艺及其对性能的影响

以酚醛树脂为碳源,前驱体液相浸渍包覆球形天然石墨在1 000℃碳化,利用XRD,Raman,SEM,TEM和BET等分析方法,研究一次包覆、二次包覆及环己醇改善固液界面等不同包覆工艺对材料表面结构、形貌和电化学性能的影响。研究结果表明:包覆后样品表面变得光滑,石墨化度降低,表面各向同性程度增加,比表面积由6.934 m2/g增加至10.877 m2/g;添加环己醇并二次包覆改性的样品效果最好,首次不可逆容量降低,由98.0mA·h/g减小至37.3 mA·h/g,首次库伦效率由73.2%提高到90.2%,0.2C循环50次后容量保持率为98.7%。

多源石墨固废制备电热板材配方试验研究

为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明:在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94Ω·m,发热温度为71℃,具有良好的电热效果。

基于石墨球形电离室测量γ射线低空气比释动能率

为解决环境水平剂量仪在低量程段(小于1μGy·h^(-1))还存在部分量值溯源问题,探讨了采用石墨球形电离室测量环境辐射场的低空气比释动能率的方法。构建了低空气比释动能率测量数学模型,利用10 L石墨球形电离室进行标准值测量,并开展了相关参数的不确定度评定分析。^(137)Cs源和^(60)Co源对应的标准值测量结果为0.3382μGy·h^(-1),4.2%(k=2);0.3164μGy·h^(-1),4.1%(k=2)。实验测量结果表明:采用10 L石墨球形电离室测量低空气比释动能率可满足相关标准要求。

我国石墨资源开发利用现状及供需分析

石墨是我国重要的战略性矿产资源,由于其优异的性能在钢铁、冶金、航空航天、信息技术等行业广泛应用。对我国石墨资源、消费现状、进出口贸易等进行了分析,结果表明:我国鳞片石墨资源量稳中有升,隐晶质石墨资源量相比2012年稳中有升,石墨资源勘查工作和资源开发需求趋于合理。全球和我国石墨产量近10年相对平稳,现有资源满足需求。我国石墨传统应用下降,新兴产业领域应用增长较快。进出口方面无论初级加工品(如鳞片石墨)还是高级加工品(如球形石墨)加工技术提高很快,价格跟外国发达国家同类产品差距近几年大幅缩小,一些高端产品如阴极电池世界市场占有率已达到第一。石墨价格过高过低都不利于石墨相关产业的发展,对石墨进行有序开发,保障石墨价格处于合理区间十分重要。

石墨对聚苯醚/聚苯乙烯共混物蠕变性能的影响

以天然鳞片石墨为原料,用化学氧化法制备可膨胀石墨,再经高温膨胀后进行超声制备纳米石墨微片。将纳米石墨微片、球形石墨以及天然鳞片石墨分别与聚苯醚/聚苯乙烯共混物进行共混得到复合材料。研究这3种石墨对复合材料蠕变性能的影响。结果表明:添加纳米石墨微片的复合材料耐蠕变性能优于添加球形石墨、天然鳞片石墨和未添加石墨的,其在50℃,6 MPa,2 500s的蠕变应变比聚苯醚/聚苯乙烯共混物的降低了45.2%。

多源石墨固废制备电热建筑板材试验研究

为提高多源石墨固废的利用率和冬季供暖效率,以石墨矿开采废石为骨料,添加不同质量的球形石墨尾料进行电热建筑板材制备试验研究。考察了球形石墨尾料掺量、养护龄期及湿度对电热建筑板材电学性能及力学性能的影响,并通过通电发热试验研究了发热温度及板材稳定性。结果表明:①球形石墨尾料掺量和养护龄期对电热建筑板材的体积电阻率影响较大,球形石墨尾料掺量9%时出现渗流阈值。②养护龄期的增加有利于提高电热建筑板材的力学性能,而随着球形石墨尾料掺量的增加,力学强度先提高后降低,存在最优掺量0.8%。③球形石墨尾料掺量9%~11%时,电热建筑板材在36 V交流电压下最终发热温度71~109℃,长时间升温后电学性质稳定,可为房屋电热建筑板的冬季取暖应用提供技术指标。