纯化处理对天然微晶石墨电化学性能影响的研究.pdf

第33卷第3期
非金属矿
Vol33 No
2010年5月
Non-metallic Mines
May,2010
纯化处理对天然微晶石墨电化学性能影响的研究
洪泉何月德刘洪波石磊夏笑虹
(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)
摘要采用HF-HC溶液通过液相漫渍法对天然微晶石暴进行纯化处理,对比考察了纯化处理前后天然微晶石墨组成、结构及电化学性能
的变化,探讨了纯化处理后的天然微晶石墨用作锂离子电池负极材料的可行性。结果表明:天然微品石墨是由粒径约1m的石墨徴晶构成的无
规堆积体,绿泥石和云母等矿物杂质主要位于石緊徽晶颗粒之间。纯化处理可显著降低天然微晶石墨中的杂质含量,使细小的石墨微品表面棵露
出来,但不会影响天然微晶石墨的晶体结构。纯化处理后天然微品石墨的首次可逆容量由259.6mAhg提高至33.4mAhg、首次库伦效率由74.6%
提高至79.7%,经过7次充放电循环后可逆容量和充放电效率稳定在335.0mAMg和99%以上,经50次充放电循环可逆容量保持率为998%。
关键字锂离子电池天然後品石墨、纯化电化学性能
中图分类号:TM242文献标识码:A文章编号:100093098(2010)03-0045-05
Investigations on Electrochemical Performances of Purified Natural Microcrystalline Graphite
Hong Quan He Yuede Liu Hongbo Shi Lei Xia Xiaohong
laterals Science and Engineering College, Hunan University, Changsha, Hunan 410082)
Abstract Eftects of purification treatment on the components, structures and electrochemical performances of natural microcrystalline graphite
MG)were investigated. The purified microcrystaline graphite(PMG)as cathode materials for lithium ion battery was prepared by impregnating
the MG in HF-HCL solution. The results show that: MG is accumulation of packed microcrystals of graphite with size about Jum. Chlorite, mica
and other mineral impurities are mainly ocated between the microcrystals of grapite. Purifcation treatment can dramatically reduce the impu
PMG increased to 332, AMA/g from 259. 6mh/, and initial coulombic efficiency increased to 79.7% from 74.6%. The reversible capacity retains at
335.0mah/g and coulombic efficiency is over %after S cycles. After 50 cycles, the reversible capacity retention of PMG is 99.8%
Key words Li-ion battery natural microcrystalline graphite purification electrochemical performances
自1992年日本SONY公司提出锂离子电池的概纯化处理对天然微晶石墨负极材料的组成、结构和电
念以来,高容量锂离子电池得到迅速发展,已广泛用作化学性能的影响
便携式电子设备如手机、笔记本电脑等的电源,并由此1实验部分
带动了石墨负极材料的发展。近年来人们开始致力于1.1原料将325目(粒径小于45um)的天然微晶石
电动汽车和电动工具用动力锂离子电池的开发,并对墨原料(湖南郴州产)与氢氟酸浓度40%)和盐酸浓
石墨负极材料的综合性能提出了更高的要求。
度36%6)按固体质量(g)与溶液体积(mL)比1:1:
天然微品石墨又称隐晶质石墨、无定形石墨或土5混合均匀,在设定的温度下搅拌反应4h。反应结束
状石曌,结构上由许多微小石墨晶体构成,石墨化程度后,将石墨水洗至中性,再将所得产物在120℃左右烘
较高但矿物性杂质含量高,用作锂离子电池负极材干即得纯化天然徽晶石。纯化处理前后天然微晶
料虽然具有良好的循环性能,但存在首次库伦效率低、石墨的固定碳含量分别为87.8%和99.1%。为方便
可逆容量低等缺点,因此目前商业化的锂离子电池普起见,纯化处理前后的天然微晶石墨试样分别简记为
遍采用天然鳞片石曌或人造石墨作为负极材料P。
MG和PMG
天然微晶石墨来源广泛,价格低廉,如果能通过1.2仪器采用日本理学株式会社 D/max-rA型X
适当的处理提高其首次库伦效率和可逆容量,则有望射线衍射仪分析纯化处理前后天然微晶石的晶体
用作对循环性能和生产成本要求较高的动力锂离子结构。以Cu靶的K。为辐射源,工作电压为40kV,
电池负极材料。为此,本实验采用HF-HC溶液通工作电流为200mA,扫描速度为5)ymin,扫描范围
过液相浸渍法对天然微晶石墨进行纯化处理,考察了为5°80°。表面形貌观察采用JEOL-6700F型扫描电
镜,工作电压25kV,工作电流10pA。元素定量分析
收稿日期:2010-03-24
基金项目:湖南省国土资源斤科技项目(2007K18)
采用美国 BAIRD公司PS-6真空型电感耦合等离子
通讯作者,Emai:hndxliuhongbo@yahoo.com.cn。
体-原子发射光谱仪。比表面积采用美国康塔公司
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