碳涂层球形石墨负极材料的合成

通过浸渍-蒸发-热海碳化制备了覆盖多种碳源的碳涂层球形石墨电池负极材料。利用XRD和SEM分析技术，研究了碳源种类和碳覆盖量对碳涂层球形石墨材料结构的影响。结果表明：可以用葡萄糖、沥青和苯 酚树脂制成碳源，制成具有碳核-壳结构的碳涂层球形石墨材料。随着碳源添加量的增加，碳涂层球形石墨材料的碳壳增加。用酚醛树脂制作碳源，可以制作出具有光滑致密的碳核-壳结构的碳涂层球形石墨电池负极材料。

简介

锂离子电池是21世纪重要的绿色能源，该电池的能量密度在很大程度上依赖于阴极材料。石墨以结晶度高、导电性能好、层状结构为特点，更适合锂离子去除/插入，具有理论锂容量高、充放电电位低、充放电电压平台良好等优点，是目前锂离子电池应用领域比较理想的阴极材料。另外，石墨作为电池负极材料，其缺点是石墨对电解质的兼容性不好。其缺点是，在充放电过程中，大量溶剂分子和锂离子一起嵌入石墨层中，导致石墨层膨胀脱落，从而降低电池容量和寿命。石墨表面的不均匀性在电池刚开始充放电过程中难以形成均匀致密的SEI膜(钝化膜)，其缺点是刚开始充放电效率低，循环性能差。因此，对石墨材料进行修饰和改造可以有效地提高石墨负极的性能。

研究表明，为了修饰和改造石墨材料，提高石墨电极的性能，主要从两个方面展开：

适当减少石墨的外观面积，减少过量SEI膜形成引起的电池不可逆损失和溶剂分子的共同插入引起的石墨层剥离。

石墨表面的修饰由于石墨表面的局部活性过高，为了避免溶剂严重分解，使材料表面性质均匀，造成不可挽回的损失。涂层法制备了锂离子电池负极材料，是以石墨为基础的碳气体，可以保持石墨的电化学优点，使用表面覆盖的材料作为外壳，可以减少石墨的这些缺点。制备的复合石墨负极材料通常减少不可逆容量，提高电池循环性能。但是到目前为止，在准备外形均匀、盖子好的涂层石墨材料方面存在困难。

以球形石墨为碳气体，用葡萄糖、沥青、苯 酚树脂制成碳源，通过浸渍-蒸发溶剂-热解碳化表面覆盖球形石墨。

碳包覆球形石墨材料的制备

葡萄糖涂层石墨材料

将0.06、0.12、0.18和0.24g葡萄糖分别放入30mL乙醇中，超声波溶解5min，在溶液中放入1.20g球形石墨，超声波分散5min，磁力均匀混合1h。乙醇在80 时挥发为干燥。固体样品在80 下干燥2小时。根据葡萄糖和石墨的质量比制成的葡萄糖显示为球形石墨样品gG-5、gG-10、gG-15和gG-20。

沥青涂层石墨材料

将0.05、0.10、0.15、0.20g沥青分别放入30毫升的四氢呋喃中，超声波溶解5min后，在四氢呋喃混合液中放入1.00克球状石墨，超声波分散5min，用磁力混合1h。在温度80条件下，混合液中的四氢呋喃挥发为干燥。固体样品在80 下干燥2小时。根据沥青和石墨的质量比制作的沥青涂层球形石墨样品显示为AG-5、AG-10、AG-15和AG-20。

酚醛树脂涂层石墨材料

首先准备苯 酚树脂，将苯 酚和氨按照体积比1: 0.05放入三口，混合10min，然后按照甲醛和苯 酚的摩尔比1: 2放入甲醛。反应液慢慢加热到85进行乳化反应，反应完全结束后维持30min。将反应液抽出真空保温1h，当反应液透明时，由橙色和粘稠的酚醛树脂制成，该酚醛树脂的碳率约为73%。将0.05、0.10、0.15、0.20克苯 酚树脂分别加入30毫升无水乙醇中，用超声波分散5min，然后在混合液中加入1.00克球状石墨、超声波5min，用磁力混合1h均匀混合。在80条件下混合中乙醇挥发为干燥，在80下干燥样品2h。根据酚醛树脂和石墨的质量比制成的酚醛树脂，将球形石墨样品标记为PG-5、PG-10、PG-15和PG-20。

碳涂层球形石墨材料的碳化

将上面准备好的样品放入石英管中，通过氮气(流量20mL/min)，在室温下将温度提高到700(升温速率10/MIN)，然后将700温控2h冷却到室温，就成为覆盖其他碳源的碳涂层球形石墨材料。

碳涂层球形石墨材料的表征

材料的形态分析是在日本Hitachi生产的S-4800型扫描电子显微镜(SEM)上进行的，电压为5.0kV。