煤基炭材料用作锂离子电池负极

　Vol.22No.2　　　　　　　　　　JournalofNingxiaUniversity(NaturalScienceEdition)2001年6月Jun.2001

文章编号:0253-2328(2001)02-0229-02

煤基炭材料用作锂离子电池负极

李宝华,　李开喜,　吕春祥,　吴　东,　凌立成(中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,山西太原　030001)摘　要:以煤为前驱体,经700～1000℃炭化制得煤基炭材料,用X射线衍射和恒电流法研究了炭材料微晶结构的变化以及放电性能.研究发现,随着热处理温度的增加,煤基炭材料的微晶结构逐渐变得规整,首次放电容量下降.关键词:煤;锂离子电池;炭负极

分类号:(中图)TM911.1　　　文献标识码:A

　　1987年日本Sony公司用US—61代替锂金属作为锂电池的负极材料,1990年又推出第一代以石油

焦炭为负极、LixCoO2为正极的具有高工作电压、高能量密度、循环寿命长、自放电率低、无记忆性、安全以及无污染环境的新型锂离子二次电池.这立即在世界范围内掀起了锂离子电池研究与产业化的热潮.在对锂离子电池的研究中,炭负极材料的研究是其最重要的研究内容之一,近年来锂离子电池性能的提高也主要归功于炭负极材料性能的大幅度提高.当前煤基炭材料的原料来源丰富、成本低,如果能够研究开发出锂离子电池负极用煤基炭材料,用以代替目前高成本的炭负极材料,必将使锂离子电池的成本迅速下降.本文报道了作者将煤样进行脱灰处理后作为炭材料前驱体,并经进一步炭化后用作锂离子电池负极的研究结果.

在真空干燥箱内160℃下干燥12h.以炭膜作为工作电极,金属锂作为对电极和辅助电极,1mol/LLiPF6/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二己酯(DEC)(EC∶DEC=1∶1体积比)为电解液,隔膜为聚乙烯隔膜,制得实

验电池.利用PCBT—138—8D—A型电池程控测试仪对实验电池进行恒电流充放电性能测试,充放电电流为20mA/g,充放电电压变化范围为0.001～2.000V,整个过程保持在25℃左右.

2　结果与讨论

图1给出了煤基炭材料的粉末X射线衍射图.由图1可知,煤基炭材料的衍射峰都是宽峰,属于典型的无定形炭,随着热处理温度的增加,002衍射峰逐渐变窄,峰强度变强,这说明随着热处理温度的增加,炭的微晶逐渐变得规整,长程有序,微晶参数变好.另外可发现800℃,900℃热处理所制得的炭材料出现一些尖峰,这可能是由煤基材料中所含杂质引起的,即随着热处理温度的提高杂质峰变得尖锐.但热处理温度为1000℃时,尖峰消失,这可能由于1000℃时杂质基本上被分解,从而导致峰强度的下降.

图2是经700～1000℃炭化处理的煤基材料的首次放电曲线.随着热处理温度的增加放电容量逐渐减少.M1Akihiro[1]认为低温热处理的炭材料在炭化的过程中由于小分子的逸出,产生一些微孔,这些微孔能够在充电的过程中起到Li+储存“仓库”的作用.当热处理温度进一步增加,微晶逐渐变得规整,

1　实验

将兖州煤先后用浓盐酸、浓氢氟酸水浴加热脱灰处理.然后过滤、水洗、干燥,最后在高纯氮气保护

下于700℃,800℃,900℃,1000℃炭化1h.将炭化后的样品研碎后过360目筛,以备制作电极用.用日本理学D/max—rA型X射线衍射仪对样品进行

α辐射,管压40kV,管流30mA,XRD测试,使用CuK

测试温度5～70℃.将聚四氟乙烯乳液与炭粉混合

均匀,碾压在铜箔上面,粘结剂的含量约为10%(wt干重),炭膜厚度约0.1mm,面积1cm2.然后将炭膜

收稿日期:2001-05-01

基金项目:山西省自然科学基金资助项目(995702-2);中国科学院重点基金和石油大学重质油加工国家重点实验室开

放基金资助项目(199901)

作者简介:李宝华(1974-),男,博士研究生,研究与开发锂离子电池炭阳极材料.

宁夏大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　第22卷2　　　　　　　　　　　　　　　30

长程有序,内部微孔数量逐渐减少,从而导致微晶逐

渐变得规整,长程有序,微晶参数变好,这时微孔具有Li+储存下降的作用,即随着热处理温度的增加放电容量逐渐减少.

却随着热处理温度的增加逐渐下降,其中C2700℃的首次放电容量远大与C21000℃的.炭材料内部的微孔起到了Li+储存“仓库”的作用.

图2　经不同温度热处理的煤基炭材料的首次放电曲线

图1　煤基炭材料的粉末X射线衍射图

3　结语

随着热处理温度的增加,煤基炭材料的微晶逐

渐变得规整,长程有序,微晶参数变好;而放电容量

参考文献:

[1]　AkihiroM,KatsuhisaT.Charge2dischargecharacteristicsof

themesocarbonmicrobeadsheat2treatedatdifferenttempera2tures[J].JElectrochemSoc,1995,142(4):1041.

Studyoncarbonpreparedfromcoalasanodeforlithiumionbattery

LIBao2hua,　LIKai2xi,　LΒChun2xiang,　WUDong,　LINGLi2cheng

(StateKeyLaboratoryofCoalConversion,InstituteofCoalChemistry,ChineseAcademyofSciences,Taiyuan030001,China)

)pyrolysisofYanzhoucoal.X2raydiffractionpatternAbstract:Carbonwaspreparedbylowtemperature(700～1000℃

andtheconstant2currentdischargepropertiesofcarbonfromYanzhoucoalwerestudied.Theresultsshowedthatthecar2bonmicrostructurebecamestructurallyorder,andthefirstdischargespecialcapacitiesreducewithincreasingheat2treatedtemperature.

Keywords:coal;lithiumionbattery;carbonanode

(责任编辑　南凤仙　　责任校对　杨金华)