中间相沥青炭微球及其在锂离子二次电池方面的应用

中间相沥青炭微球是一种特殊形态的炭材料前驱体 ,在众多领域有着广泛的应用。本文介绍了中间相沥青炭微球的制备、结构及性质 ,在此基础上重点综述了近年来中间相沥青炭微球在高性能锂离子二次电池电极材料方面的应用进展 。

沥青炭石墨化度的间接表征方法研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化,在2 500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理。利用X射线衍射方法(XRD)检测了所得沥青炭试样的石墨化度;对比分析了几种试样的真密度、电阻率和磁阻。结果表明:沥青炭的石墨化度越高,其真密度越大;沥青炭的室温电阻率随石墨化度的增加而下降,随体积密度的增大而下降;在不同磁场强度下,随石墨化度的提高,磁阻增大。

硅/天然石墨/沥青炭复合材料的合成及其电化学性能

以纳米硅(Si)、天然石墨(NG)和高软化点沥青为前驱体,通过球磨和裂解制备了具有壳核结构的硅/天然石墨/沥青炭(Si-NG/PC)复合材料。考察了球磨时间、球磨速率和物料比等因素对制备材料的组成、结构及其作为锂离子电池阳极电化学性能的影响。结果表明:最佳球磨速率为300 r/min,最适宜的球磨时间为21 h。所制Si-NG/PC复合材料的循环性能随PC含量的增加而提高,但其比容量却随PC含量的增加迅速降低,PC的最佳质量分数为30%。同时,Si-NG/PC复合材料的比容量随Si含量的增加而增大,为获得好的循环性能,纳米Si质量分数应低于35%。在优化条件下制备的Si-NG/PC复合材料在50个循环中表现出高的比容量和优异的循环性能。

沥青炭的微观结构对其压缩强度的影响

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化,在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理;测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率;利用扫描电子显微镜(SEM)观察了所得沥青炭的显微结构;利用XRD检测了所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度;测试了所得沥青炭的压缩强度。结果表明:随着炭化压力的增大,沥青炭的体积密度增大而开孔率减小,压缩强度也随之增大;随着炭化压力的增大沥青炭显微结构呈由流线型向镶嵌型和域型转变的趋势;流线型结构沥青炭石墨化度较高,但也导致沥青炭的压缩强度降低。

3种煤沥青炭微观结构及其性能的对比研究

将高温煤沥青、中温煤沥青、浸渍剂沥青在常压下炭化，经2300℃石墨化处理，制备3种煤沥青炭。利用扫描电子显微镜（SEM）观察煤沥青炭的显微结构；采用X射线衍射法（XRD）检测煤沥青炭的石墨化度；通过氮吸附法测定煤沥青炭的比表面积（SBET）；采用热重（TG／DTG）分析手段测试并分析煤沥青炭的氧化性能。研究结果表明：煤沥青的族组分影响煤沥青炭的形貌，喹啉不溶物含量低有利于流线型结构的形成；高温煤沥青炭微观结构主要以流线型和镶嵌型为主，中温煤沥青炭和浸渍剂沥青炭以流线型为主，但浸渍剂沥青炭流线型结构取向性好；煤沥青炭中含有流线型结构越多，则其石墨化度越高，比表面积越低；煤沥青炭的氧化失重主要发生在700--900℃，浸渍剂沥青炭的抗氧化性能最好。

两种沥青炭微观结构和性能的对比研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在92M Pa下炭化,在2 500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理;测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率、比表面积(SBET);利用扫描电子显微镜(SEM)观察了所得沥青炭的显微结构;利用X射线衍射方法(XRD)检测了所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度;测试了所得沥青炭的氧化性能;测试了沥青炭试样的比热容、导热系数、热扩散率和线膨胀系数。结果表明:在92M Pa下,两种沥青炭有着相近的密度和开孔率;浸渍剂沥青炭的SBET高于高温煤沥青炭;浸渍剂沥青炭为流线型结构,高温煤沥青炭为镶嵌型和域型并存的结构;流线型结构沥青炭石墨化度较高;高温煤沥青炭的抗氧化性能要好于浸渍剂沥青炭;随着沥青炭石墨化程度的增大,比热容、导热系数、热扩散率都增大,而线膨胀系数减小。

不同炭化压力下沥青炭结构特性的研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化,在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理;测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率;利用扫描电子显微镜(SEM)观察了所得沥青炭的显微结构;利用XRD检测了不同炭化压力所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度。结果表明:随着炭化压力的增大,沥青炭的体积密度增大而开孔率减小;随着炭化压力的增大沥青炭显微结构有从流线型向镶嵌型和域型转变的趋势;流线型结构沥青炭石墨化度较高;沥青中QI组分也会影响沥青炭的显微结构。

应用纳米压痕技术测试沥青炭的力学性能

以高温煤沥青为前驱体,采用液相浸渍技术制备了4D炭/炭复合材料。利用纳米压痕技术研究了后处理温度和炭基体位置对沥青炭力学性能的影响。研究结果表明,在同一工艺状态下,束内沥青炭的硬度和模量要远低于束间沥青炭的硬度和模量。经过900℃后处理的沥青炭的模量出现小幅降低,而硬度则出现一定的增加。

两种沥青炭的微观结构研究

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜和X衍射仪,对两种沥青炭的微观结构进行了研究。结果表明,在偏光显微镜下,普通沥青炭呈现出各种单元尺寸的镶嵌组织和各向同性组织,其内部存在分布较均匀的小孔洞,中间相沥青炭主要为流域组织。在SEM下,普通沥青炭呈现出片层状和粒状结构,中间相沥青炭呈现出片层条带状结构,且片层之间有微裂纹存在。普通沥青炭的高分辨晶格像由非晶态和取向混乱的微晶组成,中间相沥青炭的晶格条纹排列规整,择优取向度高,中间相沥青炭的石墨化度、层间距优于普通沥青炭。

沥青炭微球在锂离子电池中的应用与市场前景

介绍中间相沥青炭微球的制备方法和发展现状,分析了其在锂离子二次电池等方面的应用及国内外市场前景。

短炭纤维/沥青炭复合材料导热系数与石墨化度的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD技术,分析了一种短炭纤维增强沥青炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了两者之间的定量数学模型,并运用声子导热机制对其机理进行了分析。结果表明,随着石墨化度的升高,石墨微晶尺寸增大、结构渐趋完整,复合材料在平行于层面方向的室温导热系数逐渐升高,导热系数与石墨化度之间关系符合公式:λ=59.18+0.53exp(g/14.80)。

碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料的制备及表征

通过聚碳硅烷和中间相沥青在320℃共混及不同温度热解、炭化、石墨化处理得到碳化硅/中间相沥青炭前驱体,然后采用Cl_2在1 000℃对前驱体进行刻蚀,成功制备碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料。采用偏光显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对产物的微观形貌和结构进行了表征,利用物理吸附仪分析其比表面积和孔结构特征。结果表明,随着热处理温度的升高,聚碳硅烷热解形成的SiC的晶体尺寸变大,同时沥青炭的石墨化程度也变高;刻蚀后碳化硅衍生碳的结构以无定形碳为主,有明显的石墨化碳层分散其中,样品的比表面积随热处理温度升高而减小,微孔孔径增大。

中温沥青炭的催化石墨化

将质量分数为 0 .0 5的H3 BO3 、BN、B4C粉末添加到中温沥青熔体中 ,经固化、炭化、2 30 0℃石墨化处理后 ,以XRD表征炭的结构 ,探讨了硼的不同化合物对沥青炭的催化石墨化效率 ,并分析其机理 .结果表明 ,三种催化剂均能不同程度地提高沥青炭的石墨化度 .其中 ,以B4C为最佳 ,能够得到 10 0 %的石墨结构 ;BN次之 ,提升石墨化幅度为 2 8% ;H3 BO3 最差 ,仅 7.5 % .硼的摩尔分数决定硼化合物催化作用的效率 .

双功能活化制备沥青基硬炭用于钠离子电池负极

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料,其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料,采用柠檬酸钾(C_(6)H_(5)K_(3)O_(7)·H_(2)O)作为双功能活化剂:(1)气体分解产物可消耗过量的氢,实现沥青的固态热解,阻碍有序微晶的生成;(2)固态分解产物钾盐进行活化造孔,从而在高温碳化过程中形成丰富的封闭纳米孔。基于此,成功制备了具有高度无序、多孔片状结构的沥青基硬炭材料,并应用于SIBs负极,探究其电化学性能。研究发现,通过调控活化剂用量可以实现沥青基硬炭微观结构的优化,在适宜质量比条件下制备的硬炭(HC-2-1300)首次库仑效率高达81.5%,在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,其可逆比容量为214.2 mAh·g^(-1),明显优于直接碳化的样品(DC-1300)。同时,在5 A·g^(-1)的高电流密度下,HC-2-1300样品仍有116.7 mAh·g^(-1)的可逆比容量,且在1 A·g^(-1)电流密度下充放电循环2000圈后,容量保持率达75.1%,显现出优异的倍率性能和循环稳定性,具有广阔的应用前景。

废轮胎热解炭黑(TPCB)改性沥青抗紫外老化性能试验研究

为探讨废轮胎热解炭黑(TPCB)改性沥青抗紫外老化性能,制备TPCB改性沥青,对基质沥青和TPCB改性沥青进行不同时段的紫外老化试验。通过原子力显微镜(AFM)试验对比研究两种沥青表面的微观变化和表面粗糙度。通过沥青性能试验检验了两种沥青紫外老化前后延度、软化点、针入度变化行为。研究结果表明:TPCB改性沥青三维表观形貌图降低高度比基质沥青小,在各时间段的表面粗糙度比基质沥青大;紫外老化前后TPCB改性沥青性能变化值比基质沥青小。与基质沥青相比,TPCB改性沥青具有更好的抗紫外老化性能。

中间相沥青炭微球及其在锂离子二次电池方面的应用

中间相沥青炭微球是一种特殊形态的炭材料前驱体，在众多领域有着广泛的应用。本文介绍了中间相沥青炭微球的制备、结构及性质，在此基础上重点综述了近年来中间相沥青炭微球在高性能锂离子二次电池电极材料方面的应用进展，并指出今后的研究方向。

沥青基炭/炭复合材料的弯曲断裂特征

以 1KPAN基高强度炭纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体 ,采用压力浸渍 炭化工艺制备出了不同密度二维沥青基炭 炭复合材料。经过对复合材料试样进行的弯曲试验表明 ,其弯曲断裂特征与材料密度具有密切的联系。根据弯曲强度 -位移曲线 ,高密度复合材料表现为脆性断裂 ,而低密度复合材料表现为韧性断裂。从弯曲断面的SEM图片来看 ,脆性断裂时的断面比较平整 ,韧性断裂时断面上有大量炭纤维拔出。炭 炭复合材料的断裂破坏过程实质上就是基体裂纹在材料内的扩展过程 ,其扩展的途径与界面结合状况有关。裂纹沿界面的扩展将引起基体与纤维的脱粘 ,脱粘又导致纤维与基体之间的相对滑动 ,这种相对滑动将吸收相当一部分能量 ,从而可以延缓材料的断裂过程 。

SiO_2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯、乙醇和去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2溶胶;并以煤沥青为原料,采用自挥发发泡法制备了中间相沥青基泡沫炭。然后采用浸渍工艺将SiO2溶胶和中间相沥青基泡沫炭在常压下进行复合,制备了SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合隔热材料。利用XRD、SEM、热导仪和万能试验机等设备分别研究了SiO2气凝胶、中间相沥青基泡沫炭以及SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的结构和性能。结果表明,所制备的复合材料具有一定的力学性能,同时其隔热性能优于单一泡沫炭的隔热性能,有望成为一种新型的隔热材料。

焦炭颗粒的平均细度对沥青基炭复合材料性能的影响

采用新型模压半炭化成型工艺制备出高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料。研究了焦炭颗粒的平均细度对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的密度和抗压强度的影响趋势,并从数学上分析了密度对抗压强度的影响规律。结果表明:沥青基炭复合材料的密度和抗压强度随焦炭颗粒平均细度的增大而增加。在本试验条件下,当沥青焦的平均细度由44.2目增加到206.3目,沥青基炭复合材料的密度和抗压强度可从1.28 g/cm3和10.1MPa增加到1.77 g/cm3和55.0MPa。