有關材料學方面的論文

有關材料學方面的論文

　　材料是人類可以利用的物質，一般是指固體。而材料學是研究材料的制備或加工工藝、材料結構與材料性能三者之間的相互關系的科學。下文是學習啦小編為大家搜集整理的有關材料學方面的論文的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　有關材料學方面的論文篇1

　　淺析真空液相法制備瀝青炭包覆人造石墨負極材料

　　鋰離子電池具有比容量高、無充放電記憶效應、綠色環保、無污染等優點.不僅廣泛應用于便攜式電子產品中，還被應用于航天航空、軍事、電動汽車和儲能等領域[1-2].人造石墨材料具有比容量高、循環性能好、嵌脫鋰平臺低、成本低廉等優點，成為最具有商業價值的動力鋰離子電池負極材料[3].

　　經過整形和分級處理的人造石墨，雖然粒徑分布較窄、顆粒形狀接近球形、比表面積大幅度降低，但由于不可避免地保留了原石墨中的孔洞、溝槽、裂紋等缺陷[4]，因此存在比表面積偏高、首次庫侖效率偏低等問題，通常需要進行表面炭包覆改性處理[5-6].目前商業化的人造石墨負極材料大多采用“干法”包覆瀝青炭[7-11]，即采用氣流磨將瀝青研磨至5 μm以下，再與經過整形和分級處理的人造石墨均勻混合，然后在隔絕空氣或N2氣氛下進行炭化處理.“干法”包覆必須采用軟化點高于200 ℃的高溫瀝青或中間相瀝青，存在超細瀝青粉團聚和瀝青粘流溫度窗口窄而導致的瀝青炭包覆不均勻等問題.

　　為提高瀝青炭包覆的均勻性，進一步改善人造石墨負極材料的性能，本文采用真空液相包覆法對人造石墨進行瀝青炭包覆，考察了軟化點不同的中溫瀝青和改質瀝青炭包覆對人造石墨結構、形貌和電化學性能的影響.

　　1實驗

　　1.1原料與試劑

　　人造石墨：含碳量(質量分數)99.60%，灰分0.10%，振實密度0.93 g/cm3，由湖南星城石墨科技股份有限公司提供;

　　四氫呋喃：分析純，天津市永大化學試劑有限公司;

　　中溫瀝青(Z)和改質瀝青(G)：由江西正拓新能源科技股份有限公司提供，性能參數見表1.

　　1.2炭包覆人造石墨試樣制備

　　分別稱取50 g經整形處理的人造石墨(AG)，置于2個三口燒瓶中，抽真空至-0.1 MPa，并維持20 min.稱取9.96 g中溫瀝青和8.44 g改質瀝青分別溶于50 mL四氫呋喃中，攪拌均勻.通過直型二路活塞將溶解后的瀝青分別吸入三口燒瓶中，在真空狀態下攪拌30 min，使瀝青滲入人造石墨的微孔中并均勻包覆在其表面.然后將三口燒瓶置于75 ℃水浴中加熱蒸發并回收四氫呋喃，取出后經過1 100 ℃炭化處理即得到中溫瀝青炭包覆人造石墨試樣(AGZ)和改質瀝青炭包覆人造石墨試樣(AGG).根據表1中瀝青的殘炭率可計算出2種試樣的炭包覆率均為10%.

　　1.3結構分析

　　采用JSM6700F型掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形貌;采用TristarⅡ3020型比表面積分析儀，以N2為吸附介質，77 K下測定樣品的孔徑分布;利用HYL2076型激光粒度儀測定樣品的粒度分布;采用D8Advance型X射線衍射儀對樣品進行晶體結構分析，掃描速度4°/min;采用Labram010型激光拉曼光譜分析儀對樣品進行表面結構分析，分辨率為3 cm-1.

　　1.4電池組裝及電化學性能測試

　　將樣品、導電劑乙炔黑、粘結劑PVDF按照質量比89∶3∶8混合，加入1甲基2吡咯烷酮后磁力攪拌6 h制得漿料.利用涂布機將漿料均勻涂覆在銅箔集流體上，85 ℃下真空干燥1 h，滾壓后切片制成工作電極.以鋰片作為對電極，電解液為1 mol/L LiPF6/(EC+EMC+DMC)(體積比為1∶1∶1)，隔膜為日本旭化成公司鋰電池隔膜，在充滿高純Ar的手套箱中組裝成CR2016型紐扣電池.

　　采用CT2100A型電池測試系統對電池進行恒電流充放電測試，充放電電壓為0.001～2.000 V.使用上海辰華CHI660A型電化學工作站對電池進行循環伏安和交流阻抗的測試：循環伏安掃描速率0.000 1 V/s，掃描范圍0～1.2 V;交流阻抗交流信號幅度5 mV，頻率范圍105～10-2 Hz.

　　2結果與討論

　　2.1炭包覆對試樣表面形貌、粒徑、比表面積及孔

　　徑的影響

　　從3個試樣AG，AGZ和AGG的SEM形貌(圖1)可見，人造石墨原料AG(圖1(a)，(b))具有較大的長徑比，為典型的石墨化針狀焦.中溫瀝青炭包覆人造石墨AGZ(圖1(c)，(d))表面包覆效果較差，包覆層疏松多孔且表面大量裸露.改質瀝青炭包覆人造石墨AGG(圖1(e)，(f))表面包覆效果較好，包覆層致密光滑.這是由于含有較多β樹脂的改質瀝青，使瀝青炭更均勻地包覆在人造石墨顆粒表面.

　　表2列出了3個試樣AG，AGZ和AGG的粒徑(D50)、BET比表面積和平均孔徑.由表2可知人造石墨包覆瀝青炭后粒徑有所增大，其原因為：一方面包覆一層瀝青炭使粒徑增大，另一方面瀝青的粘結性使部分小顆粒人造石墨相互粘附在一起.中溫瀝青炭包覆人造石墨AGZ的BET比表面積增大，這是因為中溫瀝青中含有較多的輕組分――甲苯可溶物(TS，又稱之為γ樹脂)(見表1)，而γ樹脂降低了瀝青炭的機械強度，導致瀝青炭未能完整地包覆在人造石墨表面，且結焦過程中產生大量微孔、裂縫及部分瀝青炭碎屑(見圖1(c)，(d))，因此中溫瀝青炭包覆樣品的比表面積明顯增大;改質瀝青炭包覆人造石墨AGZ 的BET比表面積有所減小，這是因為改質瀝青含有較多的β樹脂，而β樹脂有利于增加煤瀝青的粘結力和瀝青炭的強度，使瀝青能完整包覆在人造石墨表面(見圖1(e)，(f)).β樹脂是中間相的前驅體，同時改質瀝青中的次生QI有利于煤瀝青炭化時中間相的形成，改質瀝青炭化產物的微晶發育優于中溫瀝青炭化產物[12]，與中溫瀝青炭相比，改質瀝青炭更容易形成軟炭(易石墨化炭)，而軟炭微晶排列緊密，減少了瀝青炭中的微細孔.此外，瀝青炭除了包覆在石墨顆粒表面外，還會填充到石墨顆粒的開口孔隙中，因此兩種瀝青炭包覆人造石墨的平均孔徑均有所減小. 　　3結論

　　1)采用真空液相法制備的瀝青炭包覆人造石墨不僅表面包覆一層瀝青炭，而且瀝青炭會填充到人造石墨顆粒的孔隙中使平均孔徑減小.瀝青炭包覆導致人造石墨近表面區域的無序度增大，但不會改變人造石墨的晶體結構.

　　2)中溫瀝青炭包覆人造石墨表面粗糙疏松，比表面積增大，首次庫倫效率由89.9%降低到87.2%，包覆效果不明顯.

　　3)改質瀝青炭包覆人造石墨表面光滑致密，比表面積減小，首次庫倫效率由89.9%提高到93.4%，第48次容量保持率由85.5%提高到91.1%，電化學循環性能有所改善.

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