水熱法制備碳納米球修飾天然石墨材料CNSNG

天然石墨與人造石墨負(fù)極材料辨別方法剖析 鋰離子電池發(fā)展20年來(lái),理論與學(xué)術(shù)界均未對(duì)鋰離子電池用碳(石墨類(lèi))負(fù)極材 料:天然石墨和人造石墨負(fù)極材料的辨別方法進(jìn)行深入剖析,并明確科學(xué)的辨別 與判定方法，因此行業(yè)出現(xiàn)了天然石墨和人造石墨負(fù)極材料邊界不清，魚(yú)龍混雜 的現(xiàn)象，給材料的合理、有效使用造成了極大影響。 天然石墨負(fù)極材料系采用天然鱗片晶質(zhì)石墨，經(jīng)過(guò)粉碎、球化、分級(jí)、純化、表 面等工序處理制得，其高結(jié)晶度是天然形成的。而人造石墨負(fù)極材料是將易石墨 化碳如石油焦、針狀焦、瀝青焦等在一定溫度下煅燒，再經(jīng)粉碎、分級(jí)、高溫石 墨化制得，其高結(jié)晶度是通過(guò)高溫石墨化形成的。正是由于兩者在原料和制備工 藝上存在本質(zhì)的差別，使其在微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能、加工性能上存 在明顯差異。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)辨別、正確判定天然與人造石墨負(fù)極材料，現(xiàn) 將經(jīng)過(guò)多年探索、反復(fù)驗(yàn)證、切實(shí)可行的科學(xué)

瀝青包覆改性天然石墨

采用液相及動(dòng)態(tài)熔融法使瀝青炭均勻包覆于天然石墨的表面,觀察天然石墨的表面結(jié)構(gòu),測(cè)量其物理參數(shù),考核復(fù)合材料的充放電性能。結(jié)果表明:天然石墨表面存在瀝青熱解碳,粒徑、振實(shí)密度增大,復(fù)合炭材料的充放電容量、循環(huán)性能都得到提高。添加5%瀝青經(jīng)400℃炭化3h、850℃熱處理2h的樣品,電化學(xué)性能最好,可逆容量為362mah/g,不可逆容量為31.7mah/g,首次充放電效率為92.0%,30個(gè)循環(huán)周期后,容量保持率為96.6%

以細(xì)粒石墨粉為原料、改質(zhì)和高溫煤瀝青為黏結(jié)劑,采用熱壓成型工藝制備炭塊,并對(duì)其進(jìn)行炭化和石墨化處理后得到石墨塊體。結(jié)果表明,隨著熱處理溫度的上升,熱壓制備炭塊的體積密度和電阻率發(fā)生了明顯的變化,與改質(zhì)瀝青相比,以高殘?zhí)柯蕿r青為黏結(jié)劑所制細(xì)粒石墨材料具有較高的體積密度和較低的電阻率;x射線衍射xrd和掃描電鏡sem分析表明,細(xì)粒石墨在塊體材料中具有明顯的取向性。

在有、無(wú)外加磁場(chǎng)的條件下,采用電鍍的方法在天然鱗片石墨的表面上鍍覆了一層均勻的鎳顆粒。分別用掃描電子顯微鏡、x射線衍射儀及振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了分析,研究了外加磁場(chǎng)對(duì)鎳的沉積形貌、晶體取向及磁性質(zhì)的影響。結(jié)果顯示:鎳顆粒在無(wú)磁場(chǎng)下電沉積時(shí)為近球形,在外加磁場(chǎng)下沉積時(shí)為刺球形,兩者都為面心立方單晶結(jié)構(gòu),但后者具有較高的飽和磁化強(qiáng)度和較低的矯頑力。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明,外加磁場(chǎng)在鎳的沉積過(guò)程中對(duì)鎳的晶體生長(zhǎng)有影響。

以平均粒徑在20~30μm的天然鱗片石墨為原料,濃硝酸為插層劑,高錳酸鉀、五氧化二磷為氧化劑,采用混合酸浸漬法氧化插層制備可膨脹石墨,經(jīng)過(guò)微波法得到膨脹石墨。研究了影響微細(xì)鱗片石墨插層和膨脹的主要因素,確定制備膨脹石墨的最佳條件為:石墨、高錳酸鉀與五氧化二磷質(zhì)量比20∶7∶25,硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)68%,反應(yīng)時(shí)間80min,反應(yīng)溫度25℃,微波功率800w,微波時(shí)間40s,此時(shí)得到最佳膨脹體積,達(dá)到25.0ml/g。

石墨材料 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎(chǔ)工藝裝備，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工 業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品零件廣泛采用沖壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形、 塑料注射或其它成形加工方法，與成形模具相配套，使坯料成形加工成符合產(chǎn)品要 求的零件。我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機(jī)床的底座、 機(jī)身外殼，小到一個(gè)胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無(wú)不與模具有著密 切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形，模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著 這些產(chǎn)品的質(zhì)量。近年模具行業(yè)飛速發(fā)展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工 廠不斷沖擊著模具市場(chǎng)，石墨以其良好的物理和化學(xué)性能逐漸成為模具制作的首選 材料。 [1]編輯本段石墨模具的優(yōu)良性能1.優(yōu)良的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能2.線膨脹系數(shù)低等很 好的熱穩(wěn)定性能及抗加熱沖擊性3.耐化學(xué)腐蝕與多數(shù)金屬不易發(fā)生反應(yīng)4.在 高

x衍射和電鏡掃描顯示通過(guò)瀝青包覆天然鱗片石墨能在天然鱗片石墨表面包覆了一層完整和均勻的膜。天然石墨經(jīng)瀝青包覆改性后,不可逆容量損失從125.2mah/g減少到32.5mah/g;初始庫(kù)侖效率達(dá)到93%;比容量從290.8mah/g提高到365.3mah/g;100次循環(huán)后的容量保持率從55.4%提高到93.86%。電化學(xué)性能顯示瀝青包覆石墨材料的最佳燒結(jié)溫度為850℃,瀝青最佳含量為11%wt。

將天然鱗片石墨與煤瀝青以7∶3的比例混合研磨,壓力成型并粉碎至大約20μm后將其進(jìn)行炭化得到炭化樣品,并取部分炭化樣品對(duì)其石墨化得到石墨化樣品,將得到的炭化、石墨化樣品及天然石墨分別進(jìn)行xrd、sem測(cè)試,并作為鋰離子電池負(fù)極材料裝配電池后進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明,經(jīng)處理后在石墨表面包履了一層瀝青,電化學(xué)性能提高,炭化后的包覆樣品首次效率比石墨提高了10%,但充放電容量偏低,而石墨化后的包覆樣品放電容量及首次效率比天然石墨分別提高了16mah/g和11%,不可逆容量降低了59mah/g,穩(wěn)定后放電容量為380mah/g,效率為99.6%。

以納米硅(si)、天然石墨(ng)和高軟化點(diǎn)瀝青為前驅(qū)體,通過(guò)球磨和裂解制備了具有殼核結(jié)構(gòu)的硅/天然石墨/瀝青炭(si-ng/pc)復(fù)合材料?？疾炝饲蚰r(shí)間、球磨速率和物料比等因素對(duì)制備材料的組成、結(jié)構(gòu)及其作為鋰離子電池陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:最佳球磨速率為300r/min,最適宜的球磨時(shí)間為21h。所制si-ng/pc復(fù)合材料的循環(huán)性能隨pc含量的增加而提高,但其比容量卻隨pc含量的增加迅速降低,pc的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。同時(shí),si-ng/pc復(fù)合材料的比容量隨si含量的增加而增大,為獲得好的循環(huán)性能,納米si質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于35%。在優(yōu)化條件下制備的si-ng/pc復(fù)合材料在50個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)出高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。

日前，國(guó)際著名電化學(xué)專(zhuān)業(yè)雜志electrochimacta（2015，170，9-15）發(fā)表了湖北工程學(xué)院動(dòng)力與儲(chǔ)能電源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在天然石墨基電極材料研究方面取得的最新進(jìn)展。該雜志影響因子為4．4，研究論文第一作者為化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院丁瑜博士。

用改質(zhì)瀝青制備碳—石墨的材料的研究

首先采用顆粒復(fù)合法(pcs,particlecompositesystem)對(duì)cu-碳納米管(cnt)粉末進(jìn)行表面改性處理,得到cnt鑲嵌或包覆于較軟微米cu顆粒表面的復(fù)合粉,其形貌近似球形,然后將復(fù)合粉通過(guò)sps燒結(jié)工藝制備成cu-2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))cnt復(fù)合材料。通過(guò)硬度測(cè)試、密度測(cè)試、sem形貌觀察和能譜分析,研究了pcs處理時(shí)間對(duì)cu-2%cnt復(fù)合材料的組織和性能的影響并與普通混粉后的復(fù)合材料做了比較。結(jié)果表明,隨著pcs處理時(shí)間的延長(zhǎng),復(fù)合粉末粒徑不斷減小,在40min以后,隨時(shí)間的延長(zhǎng),粒徑基本保持不變。與純cu相比,經(jīng)pcs處理后制備的cu-2%cnt復(fù)合材料硬度有26%~34%的提高,與普通混粉24h相比提高了20%~26%;cnt在銅基體中呈連通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),復(fù)合材料的致密度達(dá)97%以上。

4環(huán)氧樹(shù)脂包覆改性天然石墨的結(jié)構(gòu)與性能

模板法是合成納米復(fù)合材料的一種非常重要的技術(shù),利用其空間限域作用和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用可對(duì)合成材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)和排列等進(jìn)行有效的調(diào)制。主要從生物材料模板、有機(jī)化合物模板和無(wú)機(jī)化合物模板3方面綜述了近年來(lái)模板法制備納米材料的研究進(jìn)展,展示出模板法所具有的廣闊應(yīng)用前景。

用球磨法制備了碳納米管/cu復(fù)合材料粉末,采用掃描電鏡(sem)對(duì)不同工藝制備的復(fù)合粉末進(jìn)行研究。結(jié)果表明,采用兩步實(shí)驗(yàn),通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當(dāng)長(zhǎng)度的碳管,能夠?qū)崿F(xiàn)碳管在銅基體中的有效分散。

自然界中多種天然生物質(zhì)含有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的無(wú)機(jī)納米材料或有機(jī)納米材料,這些生物納米材料的幾何尺寸高度均一,且具有結(jié)構(gòu)多樣性的特點(diǎn).因此,天然生物質(zhì)是制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且粒徑呈單分散分布的納米材料的理想模板.近年來(lái),生物模板法已成為納米材料合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).通過(guò)大量實(shí)例較詳盡地綜述了以纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)和微生物為模板制備納米材料的研究,對(duì)所涉及的機(jī)理進(jìn)行了闡述,并討論了這些納米材料在催化、能源和檢測(cè)等方面的應(yīng)用.最后,對(duì)生物模板法制備納米材料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望.

16. 人造石墨和天然石墨的區(qū)別 人造石墨循環(huán)比天然石墨好，天然石墨容量高，由于循環(huán)差的原因?qū)﹄娊庖旱倪x 擇比較重要，天然石墨比較軟，但是壓實(shí)過(guò)高其顆粒可能就形變了，并且吸液能 力會(huì)急劇下降 天然石墨壓實(shí)密度高，克容量高，一般在350mah/g以上；加工性能好；但是在同等壓實(shí) 密度條件下，循環(huán)性能要稍差，低溫性能及倍率性能稍差。 人造石墨循環(huán)性能、高低溫性能好，但是壓實(shí)密度低，克容量不高，一般在325～350mah/g。 加工性能稍差。 （中國(guó)-南朝鮮-原蘇聯(lián)）我國(guó)石墨儲(chǔ)量、原料產(chǎn)量及出口量均居世界首位，且晶質(zhì)鱗片石墨大片 率高、雜質(zhì)少。南朝鮮是世界第二大石墨生產(chǎn)國(guó)，大部分為土狀石墨。原蘇聯(lián)是第三石墨生產(chǎn)國(guó)， 主要為晶質(zhì)石墨。日本是最大的石墨進(jìn)口國(guó)和消費(fèi)國(guó)，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)的消耗量也很大。 天然石墨的價(jià)值及其純度與粒度關(guān)系最大。純度常用含碳量或灰分表示，

生物模板法制備納米材料

德國(guó)卡爾斯魯爾技術(shù)研究院（kit）和美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家合作，利用鎳原子在石墨材料中成功“開(kāi)鑿”出直徑為納米級(jí)別的“隧道”，有望為制備鋰離子電池高性能多孔石墨電極等提供新的技術(shù)手段。研究人員首先將金屬鎳納米顆粒引入石墨材料表面，然后在充滿氫氣的環(huán)境中進(jìn)行快速加熱，

德國(guó)卡爾斯魯爾技術(shù)研究院和美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家合作,利用鎳原子在石墨材料中成功"開(kāi)鑿"出直徑為納米級(jí)別的"隧道",有望為制備鋰離子電池高性能多孔石墨電極等提供新的技術(shù)手段。研究人員首先將金屬鎳納米顆粒引入石墨材料表面,然后在充滿氫氣的環(huán)境中進(jìn)行快速加熱,金屬鎳納米顆粒的表面將起到催化作用,使石墨中的碳原子脫離晶體柵格,與氫原子結(jié)合成氣態(tài)的甲烷。在此過(guò)程中,金屬鎳納米顆粒在毛細(xì)管效應(yīng)作用下,將被"吸入"在石墨材料表面形成的微小"孔穴"中,并繼續(xù)

以鈦鐵礦為原料,通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積,生長(zhǎng)納米碳管.再通過(guò)微波加熱強(qiáng)制碳化得到碳化鈦-納米碳管(tic-cnts)復(fù)合粉體.研究納米碳管的生長(zhǎng)工藝和微波碳化處理工藝,得出合理的制備工藝條件:納米碳管的制備條件為微波功率600w,腔體氣壓5.5kpa,甲烷流量3.3ml·min-1,氫氣流量55ml·min-1,生長(zhǎng)時(shí)間40min.碳化條件:微波功率700w,處理時(shí)間10min.