陳雪，劉書(shū)林，和鳳祥，等：基于煤系重質(zhì)芳烴制備負(fù)極材料改性劑及性能
陳雪，劉書(shū)林，和鳳祥，等：基于煤系重質(zhì)芳烴制備負(fù)極材料改性劑及性能
huagongjinzhan
中國(guó)化工學(xué)會(huì)會(huì)刊，EI、SCOPUS等收錄，中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊，2020版《中文核心期刊概目要覽》化工類(lèi)第1名
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基于煤系重質(zhì)芳烴制備負(fù)極材料改性劑及性能
陳雪，劉書(shū)林，和鳳祥，呂晗，武全宇，王浩，屈濱
中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山 114044
● 引用本文： 陳雪, 劉書(shū)林, 和鳳祥, 等. 基于煤系重質(zhì)芳烴制備負(fù)極材料改性劑及性能[J]. 化工進(jìn)展, 2022, 41(12): 6461-6468.
● DOI： 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0352
文章摘要
目前，商業(yè)化的負(fù)極材料改性劑主要以煤系、石油系精制瀝青為原料，其品質(zhì)參差不齊、價(jià)格昂貴。為改善這一現(xiàn)狀，本文提出以?xún)r(jià)格低廉的煤系重質(zhì)芳烴為原料，通過(guò)凈化、聚合工藝，制得負(fù)極材料改性劑。將改性劑粉碎后與針狀焦粉粒分別進(jìn)行包覆、造粒工藝處理，得到改性后鋰電負(fù)極材料。通過(guò)旋轉(zhuǎn)流變儀和熱重分析儀對(duì)改性劑的流變性能、熱失重性能進(jìn)行分析；利用掃描電子顯微鏡、氣體吸附儀、X-射線衍射儀、激光拉曼光譜儀和電池檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)改性后樣品表面形貌、孔結(jié)構(gòu)、層間距、結(jié)晶性程度和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。電化學(xué)測(cè)試得出改性后的負(fù)極材料可逆比容量從改性前的333.02mAh/g增加到356.34mAh/g和359.67mAh/g，首次庫(kù)侖效率增加1.72%和1.31%；30mA/g電流密度下，100周循環(huán)保持率高達(dá)98.87%以上；300mA/g電流密度下，可逆比容量從改性前的95.27mAh/g增加到147.52mAh/g和187.30mAh/g。結(jié)果表明：加入改性劑制備得到的負(fù)極材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性；成本低、制備工藝產(chǎn)業(yè)化可行性強(qiáng)。
目前廣泛使用的商業(yè)鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨，其中人造石墨因其微晶結(jié)構(gòu)具有較大的儲(chǔ)鋰能力和優(yōu)異的低溫性能，逐漸成為一種優(yōu)質(zhì)的鋰離子電池負(fù)極材料。針狀焦因其層狀石墨微晶結(jié)構(gòu)及較高石墨化度成為人造石墨負(fù)極材料的主要原料，但是以針狀焦為原料的人造石墨在鋰離子電池中與電解液的相容性不高，在鋰離子嵌入/脫出時(shí)會(huì)發(fā)生溶劑分子共嵌入現(xiàn)象，導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命不高；同時(shí)，由于針狀焦制備過(guò)程中，微觀結(jié)構(gòu)存在差異性，石墨化過(guò)程中不能完全形成石墨微晶結(jié)構(gòu)，表面會(huì)產(chǎn)生很多活性位點(diǎn)，嚴(yán)重影響負(fù)極材料的比容量，降低了其應(yīng)用性，且針狀焦相對(duì)完整的層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋰離子只能沿著垂直于Z軸的方向插入，增加鋰離子的遷移路徑，表現(xiàn)出倍率性能不佳。這時(shí)可以定向制備具有高結(jié)焦值、低灰分的負(fù)極材料包覆、造粒的改性劑，在確保石墨片層骨架相互貫通的基礎(chǔ)上，制備出空隙結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定、微觀形貌優(yōu)異的人造石墨二次顆粒。既能提高鋰離子在石墨類(lèi)負(fù)極材料中的存儲(chǔ)空間，改善離子傳輸通道，提高倍率性能，還能有效調(diào)控材料的界面化學(xué)性質(zhì)，降低比表面積、消除活性點(diǎn)、減少活性點(diǎn)與電解液在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生共嵌入的頻率，強(qiáng)化其對(duì)應(yīng)負(fù)極表面固體電解質(zhì)界面（SEI）膜的穩(wěn)定性，有效地提高石墨材料的首次充放電效率，增加可逆容量，減少不可逆容量，從而達(dá)到改善材料電化學(xué)性能的目的。
通常采用的負(fù)極材料改性原料主要有樹(shù)脂基和瀝青基兩類(lèi)，張波等以針狀焦為前體，表面包覆酚醛樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)炭化、石墨化制備人造石墨負(fù)極材料。包覆10％的酚醛樹(shù)脂材料后，效果達(dá)到最優(yōu)，材料的首次充電容量從包覆前的317mAh/g提高到320.7mAh/g，改性效果一般；馮國(guó)飛等以改質(zhì)瀝青為包覆劑對(duì)人造石墨進(jìn)包覆，在常溫～310℃預(yù)氧化處理，既保證材料的核殼結(jié)構(gòu)，又有效地改善了結(jié)塊現(xiàn)象及空隙結(jié)構(gòu)，大幅提高了負(fù)極材料的物理和電化學(xué)性能。郭明聰?shù)纫愿咝阅苊簽r青為黏結(jié)劑，對(duì)針狀焦生焦進(jìn)行造粒加工，瀝青加入量為8%時(shí)性能最理想，0.1 C 電流密度下，首次比容量為345.7mAh/g，首次庫(kù)侖效率為95.6%，性能提升遠(yuǎn)高于其他黏結(jié)劑改性效果。
煤系重質(zhì)芳烴為煤系針狀焦生產(chǎn)中副產(chǎn)重質(zhì)瀝青，由于喹啉不溶物、灰分含量相對(duì)較高而被作為副產(chǎn)物，常用作黏結(jié)劑或燃料油出售，附加值不高。但是重質(zhì)芳烴中含有更大分子量的多環(huán)芳烴分子，經(jīng)過(guò)凈化、聚合改性，得到不同性能的改質(zhì)瀝青，它具有良好的高溫流動(dòng)性、高碳收率及易石墨化性，可以用作負(fù)極材料改性劑，對(duì)負(fù)極材料表面進(jìn)行改性，從而達(dá)到提升材料倍率性能、比容量、首次充放電效率等目的。同時(shí)，其制備原料充足且價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)業(yè)化可行性高，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1
實(shí)驗(yàn)
1.1
原料及其性質(zhì)
以煤系重質(zhì)芳烴（CTP）為原料。原料軟化點(diǎn)（SP）的測(cè)定采用 ASTM D3104 標(biāo)準(zhǔn)，喹啉不溶物（QI）的測(cè)定采用GB/T 2293—2019《焦化瀝青類(lèi)產(chǎn)品喹啉不溶物試驗(yàn)方法》，甲苯不溶物（TI）的測(cè)定采用GB/T 2292—2018《焦化產(chǎn)品甲苯不溶物含量的測(cè)定方法》，結(jié)焦值（Cv）的測(cè)定采用GB/T 8727—2008《煤瀝青類(lèi)產(chǎn)品結(jié)焦值的測(cè)定方法》，灰分（A）的測(cè)定采用GB/T 2295—2008《煤瀝青灰分測(cè)定方法》，原料基本性質(zhì)分析見(jiàn)表1。
表1 重質(zhì)芳烴基本性質(zhì)分析
1.2
實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1.2.1 改性劑的制備
CTP的QI及A含量較大，將CTP與降黏劑在130℃以3∶1質(zhì)量比混合后離心分離，離心轉(zhuǎn)速為3500r/min，閃蒸得到凈化后重質(zhì)瀝青，將凈化重質(zhì)瀝青以5℃/min的升溫速率升溫至340℃，恒溫?zé)峋酆?h，制備高軟化點(diǎn)改性劑瀝青（HMP）。
1.2.2 改性負(fù)極材料制備
包覆二次顆粒負(fù)極材料（CAM）制備：以 D 50 為4~5μm的HMP為包覆劑，與 D 50 為10μm石墨化后針狀焦焦粉（GNC）混合，GNC與HMP以質(zhì)量比9∶1在VC混料機(jī)中混合2h，混合均勻后，在0.1L/min N 2 氣氛保護(hù)下，置于炭化爐中炭化，以5℃/min的升溫速率升溫至520℃，恒溫2h，再以5℃/min的升溫速率升溫至1250℃，恒溫3h，得到包覆負(fù)極材料CAM。
造粒二次顆粒負(fù)極材料（GAM）制備：以 D 50 為4~5μm的HMP為造粒劑，與 D 50 為10μm針狀焦焦粉以質(zhì)量比92∶8比例在VC混料機(jī)中混合均勻后，在0.1L/min N 2 氣氛保護(hù)下，置于轉(zhuǎn)爐內(nèi)650℃進(jìn)行造粒，2800℃進(jìn)行石墨化處理，得到造粒負(fù)極材料GAM。
扣式電池的組裝：將GNC、CAM、GAM分別與導(dǎo)電劑乙炔黑、黏結(jié)劑（PVDF）按質(zhì)量比8∶1∶1混合，以 N -甲基-2-吡咯烷酮（NMP）為溶劑，混合均勻后涂在預(yù)處理過(guò)的光滑平整的銅箔上，110℃下真空干燥12h，以10MPa的壓力輥壓壓片，然后用裁片機(jī)將極片裁剪成直徑為16mm的電極圓片，對(duì)電極為鋰片，電極間隔膜為Gelgard2000，電解液為1mol/L LiPF 6 /EC∶DMC∶EMC（體積比EC∶DMC∶EMC=1∶1∶1）。在充滿(mǎn)氬氣的干燥手套箱內(nèi)組裝扣式電池，靜置24h后進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)定。
1.3
分析方法
采用NETZSCCH STA449F5熱分析儀對(duì)HMP熱失重情況進(jìn)行分析。采用Thermo Fisher Mars40旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)HMP流變性能進(jìn)行分析；采用Mastersizer 3000對(duì)HMP、GNC、CAM、GAM進(jìn)行粒度分析；采用Phenom Pure 型掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)GNC、CAM、GAM進(jìn)行形貌分析；采用Quantachromeautosorb iQ氮?dú)馕矫摳絻x在77K液 氮條件下測(cè)定GNC、CAM、GAM吸附/脫附等溫線、比表面積及孔徑分布情況；采用PAN X-射線衍射儀對(duì)材料的層間距 d 002 進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算石墨化度，檢測(cè)條件為：測(cè)試范圍10～90℃、速率16℃/min；步長(zhǎng)：0.008℃。采用Renishaw inVia型激光拉曼光譜對(duì)GNC、CAM、GAM進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)表征。采用LAND電池充放電測(cè)試儀對(duì)GNC、CAM、GAM進(jìn)行充放電測(cè)試。
2
結(jié)果與討論
2.1
改性劑性能
本實(shí)驗(yàn)制備的改性劑是一種高軟化點(diǎn)、高結(jié)焦值、低灰分的改質(zhì)瀝青HMP，其性能指標(biāo)如表2所示。圖1為HMP的TG曲線，從圖中可看出CTP在425℃左右時(shí)具有最大分解速度，溫度900℃時(shí)，質(zhì)量損失約42.02%，剩余57.98%。瀝青的失重規(guī)律與瀝青結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)，隨著瀝青軟化點(diǎn)的增加，失重率逐漸降低，剩余瀝青量增加。CTP經(jīng)過(guò)高溫?zé)峋酆?，其?nèi)部的低餾分段物質(zhì)和輕油等被分離出去，剩余瀝青組分發(fā)生熱縮聚反應(yīng)而逐漸縮聚成分子量大的芳香烴物質(zhì)，得到改性劑HMP。圖2為HMP黏溫曲線，可以看出HMP隨著溫度的升高黏度逐漸降低，在180~240℃之間展現(xiàn)很好的流變性能，表明HMP在此溫度區(qū)間處于中間相形成態(tài)體系，流變性能較強(qiáng)，在此溫度區(qū)間進(jìn)行包覆和造粒，可以有效地將前體粉料進(jìn)行改性，從而形成均勻的二次顆粒。
表2 高軟化點(diǎn)改性瀝青性能指標(biāo)
圖1 HMP的TG曲線
圖2 HMP黏度-溫度曲線
2.2
粒度、振實(shí)密度
從表3可以看出，經(jīng)過(guò)包覆和造粒得到的改性負(fù)極材料CAM、GAM二次顆粒，其 D 50 分別為14.4μm和15.9μm，結(jié)合圖3可以看出CAM、GAM粒徑分布相對(duì)集中，表明改性劑的加入量及改性工藝比較理想，沒(méi)有發(fā)生改性劑與粉料粘連形成大顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象。負(fù)極材料的振實(shí)密度是材料容量的重要影響因素，通常認(rèn)為，振實(shí)密度越高，壓實(shí)密度也高，這樣單位體積的極片可以放入更多的活性物質(zhì)，釋放出更多的容量，進(jìn)而提高電池的體積能量密度。改性后得到的負(fù)極材料的振實(shí)密度分別從GNC原料的0.96g/cm 3 增加到1.10g/cm 3 和1.08g/cm 3 ，CAM、GAM的粉末壓實(shí)密度也從1.08g/cm 3 增加到1.54g/cm 3 和1.51g/cm 3 ，表明改性劑對(duì)材料的電化學(xué)性能會(huì)有提高作用，這個(gè)結(jié)果可從后面的電化學(xué)測(cè)試中得到證實(shí)。
表3 材料的粒度
圖3 材料的粒度分布曲線
2.3
孔隙結(jié)構(gòu)
圖4為樣品在77K下的N 2 吸附/脫附等溫線。從圖中可以看出，GNC、CAM和GAM均呈現(xiàn)典型的Ⅲ型吸附/解析特征。3種材料在 p / p 0 ＜0.3時(shí)就存在滯后回環(huán)，根據(jù)Kelvin公式，相對(duì)壓力0.3對(duì)應(yīng)的孔半徑小于1.5nm，結(jié)合兩者吸附/脫附曲線表明這3種材料既有微孔又有介孔結(jié)構(gòu)存在。由圖4(d)樣品N 2 吸附孔徑分布圖可知，GNC孔徑主要分布在0~35nm，此區(qū)間出現(xiàn)兩個(gè)峰，且有一個(gè)寬峰，說(shuō)明GNC內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)有序度不高，是多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)。CAM孔徑分布區(qū)間在0~35nm，主要集中在2~15nm之間，GAM孔徑分布區(qū)間在0~23nm，主要集中在2~10nm之間，進(jìn)一步表明改性劑HMP改性后的CAM和GAM材料為微孔與介孔并存的孔隙結(jié)構(gòu)，但以介孔為主，介孔體積分別占總孔體積的77.86%和81.43%，兩種材料的孔徑分布圖上都有一個(gè)明顯的尖峰，表明他們的孔徑分布狹窄，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)比較有序。結(jié)合BET方法計(jì)算得出GNC、CAM和GAM的比表面積分別是2.537m 2 /g、1.516m 2 /g和1.423m 2 /g，表明改性后的材料的外部微觀形貌及內(nèi)部孔徑結(jié)構(gòu)都得到改善，結(jié)合合適的介孔含量，可以為鋰離子的嵌入脫出提供有利的離子擴(kuò)散通道，有利于快速傳質(zhì)，從而提高材料的倍率性能。同時(shí)，比表面積的減少，降低了首次循環(huán)SEI膜的消耗，可以提高材料首次庫(kù)侖效率，增加材料的容量。
圖4 樣品的等溫N 2 吸附/脫附曲線和N 2 吸附孔徑分布圖
2.4
形貌
圖5是GNC、CAM、GAM的SEM圖。從圖5(a)可以看出GNC存在數(shù)量較多的尖晶結(jié)構(gòu)，這是由于GNC前體為針狀焦，在破碎過(guò)程中根據(jù)應(yīng)力原理，粉粒極易沿著針狀紋理結(jié)構(gòu)碎裂，部分粉粒在破碎后整形不完全，而形成圖5(a)中的微觀形貌，這種結(jié)構(gòu)在制備全電池時(shí)，極易刺破隔膜從而造成短路，在電池安全使用上帶來(lái)隱患。從圖5(b)可以看出，經(jīng)過(guò)HMP包覆后的CAM材料整體呈橢球形，形成了具有良好機(jī)械穩(wěn)定性的“核-殼”結(jié)構(gòu)，表面尖晶結(jié)構(gòu)明顯減少，BET結(jié)果發(fā)現(xiàn)其比表面積也明顯減少，有效阻止溶劑化鋰離子共嵌入，降低在首次充放電過(guò)程中SEI膜的形成，減少不可逆容量，提高了首次庫(kù)侖效率，同時(shí)使材料保持良好的循環(huán)效率。從圖5(c)可以看出，GAM微觀形貌上呈簇狀結(jié)合，從而形成各向同性的短程有序結(jié)構(gòu)，縮短了鋰離子在石墨層間的遷移速度，提高鋰離子脫嵌速度，故而提高其倍率性能，同時(shí)比表面積的降低，又減少了SEI膜的形成，減少不可逆容量，提高其首次庫(kù)侖效率。
圖5 樣品的掃描電鏡圖像
2.5
層間距
采用XRD對(duì)樣品微晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖6所示。從3種樣品的譜圖可以看出，3種樣品均在26°附近出現(xiàn)一個(gè)石墨化晶面的（002）衍射峰，說(shuō)明經(jīng)過(guò)改性劑處理后得到的負(fù)極材料層狀結(jié)構(gòu)并沒(méi)有改變，均具有很好的石墨微晶結(jié)構(gòu)。檢測(cè)3種樣品層間距 d 002 分別為3.3594?（1?=0.1nm）、3.3598?和3.3582?，根據(jù)Franklin模式，由Meriing和Maire公式計(jì)算3種樣品石墨化度分別為93.68%、94.53%和95.06%，改性后材料的石墨化度略有增加。分析原因?yàn)镚NC經(jīng)過(guò)包覆處理及高溫炭化后，改性劑所形成的軟碳層在其表面同樣向著理想石墨微晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，不但沒(méi)有改變?cè)螱NC的晶體結(jié)構(gòu)，反而在其表面進(jìn)行改性修復(fù)部分“瑕疵”結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，使得石墨化度有所增加。同樣，經(jīng)過(guò)造粒工藝處理后，改性劑在粉粒間黏結(jié)過(guò)程中形成短程有序各向同性結(jié)構(gòu)的同時(shí)，造粒瀝青在炭化、石墨化過(guò)程中氣相沉積在粉粒表面或及缺陷部分，經(jīng)過(guò)石墨化處理后，微觀形貌得到了改善，同樣形成的石墨微晶結(jié)構(gòu)，增加其石墨化度。
圖6 樣品XRD譜圖
2.6
拉曼光譜
在圖7的Raman光譜中，樣品主要為D峰、G峰和G + 峰。原料GNC的拉曼譜圖中1350cm -1 附近出現(xiàn)D峰，這是由于晶格振動(dòng)離開(kāi)布里淵區(qū)引起的A 1g 型拉曼活性振動(dòng)，說(shuō)明GNC材料自身存在無(wú)序化結(jié)構(gòu)，引起的原因可能是石墨材料制備過(guò)程中，針狀焦中各向同性結(jié)構(gòu)影響其理想石墨微晶結(jié)構(gòu)的形成，造成D峰的出現(xiàn)。而3種材料都在1580cm -1 附近出現(xiàn)G峰，這是由碳六角網(wǎng)面的E 2g 型面內(nèi)鍵的拉曼活性伸縮振動(dòng)引起的，G峰是石墨材料的主要特征峰，表明材料的石墨化程度較高。同時(shí)，3種材料都在2700cm -1 左右存在G + 峰，這是雙聲子二價(jià)拉曼峰，說(shuō)明3種材料的碳原子層間堆疊方式為有序堆疊，由于CAM、GAM發(fā)生輕微的藍(lán)移，說(shuō)明材料CAM、GAM的碳層堆疊數(shù)多于GNC材料，表明改性劑在原料GNC表面進(jìn)行有效改性，使得石墨微晶結(jié)構(gòu)得到了改善，材料的有序度得以增加，結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。
圖7 樣品Raman光譜圖
2.7
電化學(xué)性能
表4為GNC、CAM和GAM材料的電化學(xué)性能，從表中數(shù)據(jù)可知，CAM比容量從GNC的333.02mAh/g增加到356.34mAh/g，體積能量密度從201.12Wh/L增加到217.17Wh/L；GAM比容量達(dá)到359.67mAh/g，體積能量密度219.18Wh/L，比容量及體積能量密度的增加是由于改性后的負(fù)極材料振實(shí)密度增加而得到提高；首次庫(kù)侖效率也由94.33%增加到96.05%和95.84%，庫(kù)侖效率的提高得益于改性后材料比表面的減少，降低了SEI膜的消耗，降低材料的不可逆容量，使首次庫(kù)侖效率得到提高。圖8為樣品100周循環(huán)保持率曲線，CAM和GAM100周的循環(huán)保持率分別達(dá)到98.98%和97.87%，表明經(jīng)過(guò)改性后的負(fù)極材料晶格結(jié)構(gòu)得到很大改善，且微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，導(dǎo)至內(nèi)部的可逆插層電池反應(yīng)可逆性也得到提高，副反應(yīng)也越少，其循環(huán)保持率也就越好，這與前述表征結(jié)果相吻合。
表4 材料電化學(xué)性能
圖8 樣品100周循環(huán)保持率
圖9、圖10分別為GNC、CAM和GAM材料的首次充放電曲線和不同電流密度下的倍率性能曲線。由圖9可知，3種材料在0~0.2V之間均具有較寬的充放電平臺(tái)，經(jīng)過(guò)改性后的CAM和GAM平臺(tái)更平穩(wěn)、更寬，表明其比容量也更高。結(jié)合圖10及表5數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電流密度從30mA/g增加至300mA/g時(shí)，GNC材料的可逆比容量從333.02mAh/g降至95.27mAh/g，可逆比容量衰減率達(dá)到了71.39%。CAM和GAM兩種材料的可逆比容量從356.34mAh/g、359.67mAh/g降至147.52mAh/g、187.30mAh/g，可逆比容量衰減率分別為58.60%和47.83%，兩種改性后材料的衰減率明顯降低，表明改性劑起到了降低比容量衰減的積極作用。
圖9 GNC、CAM和GAM首次充放電曲線
圖10 GNC、CAM和GAM電流密度下的倍率性能曲線
表5 不同電流密度下GNC、CAM和GAM的比容量
2.8
改性劑成本核算
表6為以煤系副產(chǎn)重相芳烴（CTP）與原料軟瀝青（RSA）為原料制備負(fù)極材料改性劑的原料及產(chǎn)品成本核算表。從制備工藝考慮，兩種原料都需要預(yù)處理工藝、高溫?zé)峋酆显偬幚砉に?，因此，材料制備的人工、燃油?dòng)力費(fèi)及設(shè)備折舊視為相同。從原料價(jià)格、收率及成品成本價(jià)格比對(duì)可以看出，本研究制備的負(fù)極材料改性劑成本空間遠(yuǎn)高于以軟瀝青制備負(fù)極材料改性劑，特別是在現(xiàn)今大宗商品價(jià)格急速上漲期間，價(jià)格優(yōu)勢(shì)十分明顯。
表6 不同原料及產(chǎn)品成本核算
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結(jié)論
（1）以重質(zhì)芳烴為原料制備的負(fù)極材料改性劑，原料充足且價(jià)格優(yōu)廉，改性劑較高的結(jié)焦值和較低的灰分為其在改性負(fù)極材料過(guò)程中形成穩(wěn)定的碳層骨架、修復(fù)石墨顆粒表面缺陷，降低其比表面積，降低不可逆容量，增加首次庫(kù)侖效率，增加了振實(shí)密度，提高其比容量及體積能量密度，同時(shí)改性工藝使得材料儲(chǔ)鋰活性點(diǎn)位的增加，提高其儲(chǔ)鋰容量的同時(shí)，又由于改性后孔隙結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定的優(yōu)化，保障在高倍率下離子和電子的快速傳輸，材料倍率性能也得到了顯著的提高。
（2）經(jīng)此改性劑改性得到的二次顆粒鋰電負(fù)極材料，比容量高，從330.02mAh/g分別增加到356.34mAh/g和359.67mAh/g，100周循環(huán)保持率達(dá)到97.87%以上，展現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；300A/g電流密度下比容量可達(dá)147.52mAh/g、187.30mAh/g，遠(yuǎn)高于未經(jīng)過(guò)改性的人造石墨負(fù)極材料95.27mAh/g的容量，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。因此，本文制備的負(fù)極材料改性劑具有改性后材料化學(xué)穩(wěn)定性好，原料價(jià)格低廉、制備工藝產(chǎn)業(yè)化可行性強(qiáng)，可作為一種理想的鋰電負(fù)極材料改性劑。
作者簡(jiǎn)介 ● ●
第一作者及通信作者：陳雪 ，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殇囯娯?fù)極材料制備。
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