瀝青基炭纖維用作鋰離子電池負極材料性能的研究.pdf

1、由于瀝青基炭纖維兼顧機械強度和儲鋰性能，使其具備應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化鋰離子電池負極材料的潛力，但纖維結(jié)構(gòu)與其電化學性能之間的關(guān)系尚不明確。本論文旨在研究瀝青基炭/石墨纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其電化學性能之間的關(guān)系。并通過不斷探索纖維的制備工藝，獲得了可逆容量較高、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的瀝青基纖維負極材料。研究的具體工作和結(jié)論如下:
　　(1)以各向同性瀝青作為原料，采用熔融紡絲工藝，制備出圓形SC瀝青基炭纖維。考察了不同的熱處理溫度對SC纖維橫截面結(jié)構(gòu)

2、和纖維內(nèi)部微晶尺寸的影響及各溫度點對應(yīng)的電化學性能。再以中間相瀝青為原料，制備出圓形AR瀝青基炭纖維。同樣考察了溫度對AR纖維橫截面結(jié)構(gòu)和纖維內(nèi)部晶體尺寸的影響及各溫度點對應(yīng)的電化學性能。論文得到經(jīng)3000℃石墨化處理后的AR纖維(AR3000)，其在0.1C下的首次充電比容量為373.4mAh/g，首次放電比容量為319.1mAh/g，庫侖效率為85.5％。循環(huán)過程中該材料放電比容量可達335mAh/g，但100次循環(huán)后容量保持率為8

3、2.2％。研究認為造成圓形AR纖維負極材料容量衰減的主要原因是纖維在循環(huán)過程中發(fā)生脹裂，導致部分碳層無法二次嵌鋰。
　　(2)為獲取更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，論文以調(diào)控紡絲速率為切入點。當紡絲速率增加至100m/min時，圓形AR石墨纖維負極材料在0.1C下的首次充電比容量為300.7mAh/g，首次放電比容量為271.9mAh/g，首次庫侖效率為90.4％，100次循環(huán)后容量保持率為98.6％。電化學測試結(jié)果表明:由于紊亂的碳層片結(jié)構(gòu)

4、分散了纖維在嵌鋰時其核心區(qū)的應(yīng)力，維持了可嵌鋰結(jié)構(gòu)的完整性，使得在100m/min的紡絲速率下制備的纖維負極材料具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性。但這類結(jié)構(gòu)減少了纖維內(nèi)部的可嵌Li+位點，降低了纖維負極材料的可逆容量。
　　(3)考慮到圓形纖維不能同時兼顧可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性的問題，論文采用矩形噴絲孔替代圓形噴絲孔，探索了帶狀中間相瀝青基石墨纖維負極材料的電化學性能。當噴絲孔尺寸為8×0.1mm時，纖維負極材料在0.1C下的首次放電容量為31