氧化微擴(kuò)層天然石墨負(fù)極的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、天然石墨是目前最常用的商業(yè)鋰離子電池負(fù)極材料。然而，石墨層間結(jié)合力主要為范德華力，在充放電過程中的體積膨脹和收縮，易發(fā)生石墨片層剝離及粉化，導(dǎo)致循環(huán)性能不佳。此外，天然石墨還存在可逆容量偏低（372 mAh/g）和倍率性能不理想的缺點(diǎn)。因此，天然石墨通常需改性處理后才能用作鋰離子電池負(fù)極。
　　氧化微擴(kuò)層處理是一種操作相對簡單，且成本較低的石墨改性方法。它是通過一定的工藝將石墨片層微膨開，既可緩解鋰離子嵌脫過程導(dǎo)致的體積膨脹和收縮

2、，提高石墨負(fù)極的循環(huán)性能，又可擴(kuò)寬鋰離子擴(kuò)散通道，改善其倍率性能，還可增大石墨的鋰離子儲存空間，提高石墨負(fù)極的可逆容量。
　　本論文重點(diǎn)考察了氧化微擴(kuò)層石墨制備過程中，氧化劑種類和反應(yīng)時間對不同石墨原料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，并通過氧化微擴(kuò)層前后石墨的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、物理特性（比表面積、孔徑分布、振實(shí)密度）及電化學(xué)性能變化研究了氧化微擴(kuò)層處理對天然石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　研究發(fā)現(xiàn)，天然鱗片石墨經(jīng)氧化微擴(kuò)層處

3、理后，石墨層間距略微增大，平均晶粒尺寸Lc顯著減小，延長反應(yīng)時間，石墨表面發(fā)生片層剝離。經(jīng)弱氧化劑-有機(jī)酸氧化微擴(kuò)層3h后，首次可逆容量及庫倫效率分別由石墨原料的331.9 mAh·g-1和86.5％提高至366.7 mAh·g-1和89％;經(jīng)強(qiáng)氧化劑-有機(jī)酸處理1h后，石墨的比表面積由3.45 m2/g減小到2.69 m2/g，同時2～4 nm之間的孔容增加，首次可逆容量及庫倫效率分別達(dá)364.7 mAh·g-1和88.8％。

4、　　球形石墨經(jīng)氧化微擴(kuò)層處理后，石墨層間距略有增大，平均晶粒尺寸Lc顯著減小，反應(yīng)時間過長，石墨表面發(fā)生片層剝離。經(jīng)弱氧化劑-有機(jī)酸處理2h后，球形石墨的形貌未發(fā)生顯著變化，但振實(shí)密度由1.160 g/cm3降低至0.945 g/cm3，比表面積由4.69 m2/g增大到5.15 m2/g。首次可逆容量從球形石墨原料的363.0mAh·g-1提高至392.7 mAh·g-1。1C下的可逆容量較球形石墨原料提高了46.3％，容量保持率為0

5、.1C時的86.4％。經(jīng)強(qiáng)氧化劑-有機(jī)酸處理1h的球形石墨，首次可逆容量提高至381.5 mAh·g-1，經(jīng)30次充放電循環(huán)，容量保持率為99.71％，而球形石墨原料的容量保持率僅為99.20％，且1C下的可逆容量仍保持了0.1 C時的84.3％。
　　研究表明，在氧化微擴(kuò)層石墨制備過程中，氧化劑種類和反應(yīng)時間是控制其結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的重要參數(shù)。氧化微擴(kuò)層處理能輕微增大石墨的層間距，提高其可逆容量并減小嵌脫鋰反應(yīng)的電位差，顯著提高