如何將瀝青應(yīng)用于負(fù)極材料的改性中。

瀝青主要是指由聚合物碳?xì)浠衔锖头翘細(xì)浠衔锝M成的黑色至深棕色的固體或半固體粘性物質(zhì)。它是原油蒸餾或煤焦加工過程中的副產(chǎn)品。瀝青具有來源廣泛、成本低、碳?xì)埩袈矢?、石墨化方便等?yōu)點(diǎn)目前，它已被研究應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極和負(fù)極材料改性領(lǐng)域。

在負(fù)材料改性中，常用的方法是表面涂層。表面涂層主要包括化學(xué)氣相沉積、固相涂層和液相涂層。通過氣相。固相或液相碳化沉積在材料表面形成一層無定形碳，形成核殼結(jié)構(gòu)。在改性材料表面形成殼體結(jié)構(gòu)，以限制和緩沖負(fù)材料活性中心的體積膨脹或結(jié)構(gòu)損傷，從而保持電極材料的穩(wěn)定性。

1.瀝青和石墨改性。

石墨材料是常用的商業(yè)負(fù)極材料，但也存在一些缺陷，如第一次循環(huán)庫侖效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差、電解質(zhì)選擇性高等。因此，有必要對其進(jìn)行改性，以提高石墨材料的電化學(xué)性能。

在表面涂層改性中，由于其成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，固相涂層法得到了廣泛的應(yīng)用。目前，大多數(shù)商業(yè)石墨負(fù)極材料采用固相涂層法。目前，石墨的固相涂層改性處理通常是覆蓋硬炭結(jié)構(gòu)的樹脂材料或軟炭結(jié)構(gòu)的瀝青材料。涂層材料在高溫條件下裂解，形成一層附著在石墨表面的無定形碳層，減少石墨材料表面的活性端面，從而提高石墨與電解質(zhì)的相容性。瀝青具有價(jià)格便宜、碳?xì)埩袈矢?、高溫下流?dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。在高溫慣性條件下，瀝青可以在石墨顆粒表面和內(nèi)部裂解形成無定形碳層，不僅覆蓋在石墨材料表面，還可以通過石墨中的微孔滲透到石墨顆粒中，提高石墨材料的振動(dòng)密度和電子電導(dǎo)率，提高石墨負(fù)極材料的首次充放電效率和循環(huán)性能。

瀝青在石墨材料改性中的應(yīng)用有很多研究和探索，但目前還沒有成熟的系統(tǒng)結(jié)論。這是因?yàn)闉r青種類繁多，成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于原材料的不同，各種瀝青的軟化點(diǎn)。TI（甲苯不溶物）。QI（喹啉不溶物）含量不同，導(dǎo)致其殘余碳率也不同。同時(shí)，不同瀝青炭化后的微觀結(jié)構(gòu)差異較大，對石墨基材的潤濕性也有所不同。因此，它對負(fù)極材料的涂層改性有很大的影響。HanyJ采用煤焦油瀝青對石墨進(jìn)行涂層改性，探討了煤瀝青的組成和軟化點(diǎn)對涂層石墨負(fù)極的首次庫倫效率和倍率性能的影響。結(jié)果表明，軟化點(diǎn)高、組分輕的瀝青更容易形成石墨表面均勻、無定形的碳涂層，可有效降低石墨電極與電解質(zhì)界面之間的電荷轉(zhuǎn)移電阻，從而提高涂層石墨的電化學(xué)性能。

2.瀝青和硅的負(fù)極改性。

硅負(fù)極材料被認(rèn)為是具潛力的下一代負(fù)極材料，因?yàn)樗哂欣碚撊萘扛摺囯娢坏?、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)。但硅材料也存在導(dǎo)電性差、充放電過程中體積膨脹、可逆性不穩(wěn)定、容量衰減嚴(yán)重等問題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

與石墨材料一樣，硅材料也可以用瀝青覆蓋，在硅材料表面形成碳涂層，穩(wěn)定SEI膜，緩沖體積膨脹，從而提高循環(huán)性能，從而有效提高電極材料的穩(wěn)定性。Q將瀝青粉末和微納米結(jié)構(gòu)的硅微球均勻分散在四氫呋喃中，然后在70℃下干燥，蒸發(fā)溶劑。然后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，瀝青涂層的硅碳復(fù)合材料以5℃·min-1的加熱速率在900℃下碳化3小時(shí)，并與鋰離子電池負(fù)極材料的放電容量和相應(yīng)的庫倫效率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了比較。與SIMS和C相比，覆蓋瀝青炭的C-SIMS表現(xiàn)出佳的電化學(xué)性能。

ParkGD等。將瀝青均勻分散在四氫呋喃中，浸泡在Si-CNT微球中，然后在Ar氣氛中碳化900℃3h，三維多孔瀝青炭覆蓋的Si納米顆粒-碳納米管(Si-CNT@PC)復(fù)合微球。與未涂瀝青炭的Si-CNT微球相比，碳覆蓋的硅納米顆粒具有良好的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1A.g-1時(shí)，經(jīng)過200個(gè)周期。

瀝青涂層改性負(fù)極材料有利于提高石墨和硅炭材料的電化學(xué)性能。對這一問題的研究也有很多嘗試，但瀝青涂層改性的機(jī)制尚不清楚，未來仍有很大的技術(shù)改進(jìn)空間來保持改性材料的性能一致性。