高QI含量中温沥青制备中间相炭微球的研究

以高QI含量的中温沥青(HCTP)为原料,通过热缩聚法制备中间相炭微球(MCMB),考察了反应条件(反应温度、恒温时间和搅拌速率)对MCMB性质的影响。通过偏光显微镜、粒度分析仪、扫描电镜、XRD和拉曼光谱等对MCMB的粒度分布、表面微观形貌和微晶结构进行了研究。结果表明:以HCTP为原料制备MCMB的最佳反应条件为聚合温度430℃、恒温时间4.5 h、搅拌速率120 r/min;在此条件下制备的MCMB球形度好,收率为29.62%,平均粒径为20.87μm,粒度均匀性指数为0.93;1100℃炭化处理后,MCMB的理想石墨化碳微晶质量分数为75.45%。

活性中间相炭微球的制备及机理研究

以中间相炭微球(MCMBs)为原料,采用KOH、K2CO3分别对MCMBs进行活化,比较活化效果,发现KOH是一种有效的活化剂。通过KOH活化制备出比表面积达2775m2/g的活性炭。对活性炭进行XRD、BET比表面积与SEM分析,发现活化后MCMBs的石墨微晶结构被破坏,所制得的活性炭是由无定形组织构成的。活化机理为一系列的化学反应与钾插入石墨微晶片层的共同作用。

低温CoCl_2催化热处理中间相炭微球用作锂离子电池负极材料

在过渡金属化合物氯化钴参与下低温(<1000℃)处理中间相炭微球(MCMBs),制备高容量锂离子电池的炭负极材料。Raman分析和X-射线衍射分析表明,热处理后MCMBs以低温炭结构为主,但微球表面的碳微晶尺寸较内部增大;电化学恒电流测试表明,热处理后MCMBs的可逆容量明显提高,在不降低充电容量的前提下将首次库仑效率从52.2%提高至86.7%,循环性能也得到积极改善。认为热处理后MCMBs电化学性能的提高是由于低温催化热处理使得材料表面结构更加有序化,从而阻止电解液分子的进入及发生不可逆电化学反应。

新型中间相炭微球的制备及表征

采用甲醛对煤沥青进行聚合改性,然后经热聚合工艺制备中间相炭微球(MCMB),并对MCMB的结构及性能进行了研究.采用偏光显微镜和XRD对MCMB的结构进行分析,采用SEM对所制备的MCMB形貌进行分析,采用TGA对MCMB的热行为进行分析.结果表明,所制备的MCMB收率达35.1%,其平均粒径约为10μm,MCMB表面聚集了粒径小于0.5μm的小球;粒径较小的MCMB在偏光显微镜下不呈现各向异性;MCMB的平均微晶层间距d002为0.3420nm,平均微晶高度Lc为3.42nm,平均微晶大小La为2.38nm;MCMB的5%(质量分数)热分解温度为618℃,整个过程的总失重率为15.12%.

煤焦油热解制备中间相炭微球

含有３．７％吡啶不溶物的煤焦油和经热过滤去除吡啶不溶物的净化焦油在自升压下聚合，产物经热过滤去除母液，滤饼用吡啶抽提至无色得中间相炭微球。在偏光显微镜下观察聚合产物的结构，在扫描电镜下观察中间相炭微球的形貌。结果表明，由于聚合产物粘度较低，所产生的ＭＣＭＢ易于从母液中分离出来；原料中的吡啶不溶物有利于阻止ＭＣＭＢ的融并，在一定程度上可起到控制球径的作用；对无吡啶不溶物煤焦油高温短时间聚合后骤冷有利于阻止中间相炭微球的融并。

MCMB颗粒度分布对锂离子电池性能的影响

研究了锂离子电池中负极炭粉ＭＣＭＢ的颗粒度分布对电池性能的影响。试验结果表明，当颗粒度从１１．１２ μｍ 增大到２４．８１ μｍ 时，电池的第一次充放电效率由８６．２ ％ 增加到９０．５％ ，即颗粒度大，放电容量高。但是，颗粒度大，循环寿命稍差。进一步研究表明，大小颗粒度的重量比为７：３ 的ＭＣＭＢ粉末具有高放电容量和长循环寿命。

MCMB超细粉末特性及其成型工艺对烧结体性能的影响

中间相炭微球(MCMB)超细粉末(0.1μm～0.5μm),具有良好的自粘结性,经240MPa模压成型和1000℃自烧结后,可制备出弯曲强度达到134.3MPa的高密度各向同性炭材料(HDIC)。用热分析和扫描电镜等方法,探讨了此超细粉末的特性和模压工艺对坯体成型和烧结体性能的影响。实验证明,由于MCMB超细颗粒表面附着的大量小分子相互结合而形成强度较高的团聚体,使粉末颗粒难以均匀分散,严重影响着材料的弯曲强度。研磨可破坏团聚体中颗粒的粘结,减少材料的烧结缺陷,进而提高材料性能。MCMB超细粉末表面能及粉末之间的内摩擦较大,流动性差,模压成型时采取适宜的压制力,尤其是延长压力作用时间,对材料获得理想的显微结构,缓解由压坯密度的不均匀分布、弹性后效等而导致的缺陷是非常重要的。

催化石墨化MCMB用作锂离子电池负极材料

采用Fe(NO3)3对中间相炭微球进行高温催化石墨化处理,制备锂离子电池负极材料。采用Raman光谱、X-射线衍射法、恒电流充放电等对样品进行测试和表征。结果表明,经催化石墨化处理的MCMB内部石墨微晶结构未发生明显变化,而表面碳层的石墨化程度提高;处理后的MCMB的首次可逆放电比容量由直接石墨化MCMB的333.8mAh/g提高到362.3mAh/g,第50次循环放电比容量与首次循环放电比容量的比值从92.4%提高到97.7%。

中间相碳微珠（MCMB）的开发、性质和应用

本文概述了中间相碳微珠（ＭＣＭＢ）的开发历史、制备方法、性质和应用前景。

中间相炭微球的制备及嵌锂性能考察

为了获得更高嵌锂性能的锂离子电池负极用炭材料,以质量分数为3 7%吡啶不溶物的煤焦油为原料,在450℃下自生压热缩聚制备中间相炭微球(MCMB),采用恒电流充放电技术研究所得MCMB的充放电性能.研究发现:随着MCMB平均球径的增加,首次充放电可逆容量从246mA·h/g增至540mA·h/g,首次充放电效率先增加后减小;本实验条件下平均球径为8 9μm的MCMB的充放电性能最好.

石油沥青基中间相炭微球用作锂离子电池负极材料时与电解液的相容性

选择经最高热处理温度tmax=2 80 0℃处理过的石油沥青基中间相炭微球 (P -MCMB)试样作为锂离子电池 (LIB)的负极材料 ,组配了 6种常用的电解液 ,运用恒电流充、放电法 ,粉末微电极循环伏安法 ,考察了P-MCMB试样在各种电解液中的充、放电性能。采用FTIR光谱技术测定了P -MCMB试样在 6种电解液中首次充电时表面生成的SEI膜的化学成分。实验结果表明 ,P

HTT_(max)对碳微球的结构及电性能的影响

将煤焦油沥青基中间相碳微球(C MCMB)进行热处理,用密度和XRD图谱表征经不同最高热处理温度(HTTmax)处理过的C MCMB试样的微观结构。运用恒电流充放电法、粉末微电极循环伏安法考察了HTTmax对C MCMB试样充放电性能的影响。实验结果表明HTTmax<2000℃时,试样中存在大量微孔,贮锂机制为"微孔贮锂",试样具有一定的贮锂容量,但不可逆容量大,充放电效率低且无平稳的充放电电位平台;当HTTmax=2000℃时,微孔几乎消失,而石墨微晶又小又少,因而试样的充放电容量达到最低;HTTmax=2300～2800℃时,随着HTTmax的升高,试样中的石墨微晶迅速长大,贮锂机制为"石墨微晶层间嵌锂",充放电容量高,充放电电位平台低而平稳,循环寿命长。

成型工艺条件对MCMB/石墨复合材料性能的影响

为确定MCMB/石墨复合材料双极板模压成型工艺参数,采用w(MCMB)∶w(石墨)=9∶1组成的复合材料制备一组试件并测试其性能.详细分析了不同模压成型压力和烧结温度等工艺参数对MCMB/石墨复合材料的电阻率、抗弯强度和抗压强度的影响,并简要分析了其形成的机理.结果表明:MCMB/石墨复合材料的电阻率和力学性能存在互斥性;MCMB/石墨复合材料双极板模压成型工艺的模压成型压力为3～4 MPa,烧结温度为900℃.

超级电容器新型复合电极材料MnO_2/活性MCMB的研究

以Mn(NO3)2、活性中间相碳微球(活性MCMB)为原料,采用KBrO3氧化法,成功制备了MnO2/活性MCMB新型复合电极材料;以该材料制成电极,并以质量分数为30%的KOH溶液为电解液,组装成扣式电容器。通过XRD和SEM分析了MCMB,活性MCMB及MnO2/活性MCMB的晶相结构和表面形态;采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电法研究了电容器的电容性能。结果表明:以MnO2/活性MCMB复合电极制成的电容器电容性能优良。在0.5A/g电流密度下,其充放电曲线表现出典型的电容行为,初始比容量高达403.5F/g,相应能量密度为12.5Wh/kg;其循环伏安曲线关于零电流线对称,呈现为较规则的矩形;其等效串联电阻约为0.7Ω。

由中间相炭微球制备高密度各向同性炭

以中间相炭微球（MCMB）为原料，在常温下压制成型。所用MCMB由不同一次吡啶不溶物含量的煤焦油在不同条件下聚合后通过热过滤及吡啶抽提分离而得。考察了不同原料、成型压力、热处理温度及升温速率对炭制品的密度及收缩率的影响。1000℃下炭化后炭制品的表观密度最高达1．75g／cm3。

微波加热化学活化法制备高比表面活性炭

以中间相炭微球为原料,KOH为活化剂,采用微波加热化学活化法在不同条件下制备出高比表面积活性炭,考察了活化前后中间相炭微球的结构变化与不同活化条件对炭微球性能的影响.研究表明:活化后中间相炭微球的石墨微晶结构被破坏,所制得的活性炭是无定形组织.活性炭比表面积和孔容随着KOH/MCMB的增大先增大后减小.KOH/MCMB较小时,比表面积和孔容随活化时间的延长达到最大值后不再发生变化,在KOH/MCMB较大时,比表面积和孔容随活化时间的延长先增大后减小.

微波加热与传统加热制备高比表面活性炭的对比研究

以中间相炭微球为原料,KOH为活化剂,采用微波加热与传统加热2种方法在不同条件下制备出高比表面积活性炭。研究表明:活性炭比表面积和孔容随着KOH/MCMB的增大先增大后减小,采用微波加热制得的活性炭具有较高的比表面积,KOH/MCMB较小时,比表面积和孔容随活化时间的延长达到最大值后不再发生变化,在KOH/MCMB较大时,比表面积和孔容随活化时间的延长先增大后减小,采用微波加热可大大缩短活化时间,通过FTIR分析,微波加热比传统加热所制得的活性炭具有较低浓度的含氧基团。

二次生长中间相炭微球的粒度分析和结构研究

为研究添加中间相炭微球(MCMB)生球的煤焦油沥青中炭质中间相的发展情况,实验中以热缩具方法于420℃下反应12h得到二次生长的MCMB.对比发现,MCMB的收率较未添加条件下制得的球体有了大幅度的提高.在光学显微镜下观察二次生长后的中间相沥青,发现MCMB的生长具有双向性,即分别向两个尺寸(大球和小球)发展,且随着MCMB加入量的增加,中间相沥青中大球的比例明显提高.粒度分析和扫描电子显微镜(SEM)对MCMB的形貌表征结果也印证了这一结论.同时,SEM下的微观表征还显示大球和小球具有相同的断面结构特征.

影响炭质中间相形成和发展的因素——Ⅰ.原料和热缩聚条件

炭质中间相是制备炭材料,尤其是高附加值炭材料的优质前驱体。它在高性能炭纤维、超高功率电极用针状焦、锂离子二次电池负极、超高比表面积活性炭及催化剂载体、泡沫炭等领域得到了较好的应用。综述了原料和热缩聚条件对炭质中间相形成和发展的影响,这些影响因素包括原料的种类、热缩聚温度、反应压力和保温时间等。通过讨论指出,由于炭质中间相涉及的原料种类多样,热缩聚制备过程中涉及的反应、物相复杂,因此,在制备特定性能的产品时,应针对产品的特定性能要求来选择原料、设定热缩聚条件,以制得具有最佳结构和性能的产品。

锂离子电池负极材料MCMB的过充电行为

研究了过充电对MCMB电极性能的影响。在电位为-0.045 V(vs.Li/Li+)时,会发生锂的沉积,且过充时间越长、倍率越高,锂的沉积质量越大。过充电后,MCMB电极的充放电性能下降。SEM与XRD的分析结果说明:过充电后MCMB电极的结构没有发生变化,性能下降是电极表面沉积的锂与电极表面形成的钝化膜所致。