石墨烯添加对MCMBs形成及电化学性能影响的研究
发布时间：2021-03-21 20:27
中间相沥青炭微球（Mesocarbon Microbeads,MCMBs）是一种新型炭材料,具有独特的结构、良好的化学稳定性、高的导电性以及导热性,是制备高性能炭材料的优质前躯体,在诸多领域有应用价值。MCMBs具有独特的球形形貌、层片分子平行堆砌的微观结构以及作为电极材料时的优异的循环稳定性、良好的倍率性能等特点,成为一种有前景的锂电池负极材料。由碳原子组成的六角型呈蜂窝状结构的平面二维纳米材料石墨烯（Graphene）,具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性。物理化学性能优异的石墨烯,在高能量密度、高功率密度的锂离子电池负极材料方向有着非常重要的应用价值。本论文以煤焦油沥青为原料,采用热缩聚法,研究了原料组成对MCMBs形成的影响,通过改变聚合温度、恒温时间等因素来探索合理的制备工艺。重点通过添加石墨烯,诱导原料沥青中的芳烃分子取向排列,促进MCMBs的形成,考察了石墨烯添加量、温度、时间等因素对MCMBs形貌、结构和形成机制的影响。对MCMBs进行炭化和石墨化处理后,进行电化学性能测试。利用偏光显微镜、SEM、XRD及FTIR等测试仪器对MCMBs的形貌、...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?－?１?ＭＣＭＢｓ的形态结模型??Ｆｉｇ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ＭＣＭＢｓ??
?北京化工大学硕士学位论文???烃分子尺寸较小，它们相互堆积形成规则的片状堆积单元，这些堆积单元不是直接形??成中间相小球，是构成球形微域，进一步作为基本单元再组合成ＭＣＭＢｓ。“微域构筑”??理论的示意图如图１－３所示：??＜３?—?＿卜——中间相球体??（ａ）片状芳?（ｂ）片状分了堆??否分子?积中元?（ｃ）屮间相沥ｆｆ的微域??（分＆绀装单儿）?（准取向分广组装甲儿）??图１－３?“微域构筑”理论示意图??Ｆｉｇ?１－３?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｄｏｍａｉｎ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｔｈｅｏｒｙ??在“微域构筑”理论中，假设中间相形成过程中出现了片状分子堆积单元，但在??实际实验中并未观察到。我国科研工作者经德齐等［７］对“微域构筑”理论作出进一步??的发展，提出“界面层转化机理”。该机理表明，在沥青与催化剂接触的界面层内，小??分子芳烃转化成平面大分子，在ｎ－ｊｉ键的作用下，平面大分子发生面面层积进而形成??片层单元，直接参与到形成中间相的过程中。该机理认为，中间相小球体均相成核优??先发生在催化剂富集的区域，形成的晶核同步生长，最终形成粒径均匀的ＭＣＭＢｓ。??“界面层转化机理”总体上与“平面芳烃分子一堆积单元一中间相小球体”的形成过??程相吻合。经德齐等人的工作，对“微域构筑”理论在中间相形成过程中出现了片状??分子堆积单元的假设作出了较合理的解释。??（３）?“颗粒基本单元构筑”理论。??天津大学王成扬教授在对非均相成核中间相炭微球的研究中，对碳质中间相形成??过程的机理提出了?“颗粒基本单元构筑”（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｆｒｏｍ?Ｇｒａｎｕｌａｒ?Ｂａｓｉｃ?Ｕｎｉｔｓ，ＢＧＢＵ）?
?第１章绪论???雜？藝＃??⑷平曲分子?（ｂ）中Ｍ相构筑中．元?（ｃ）中间相球体?（ｄ）碳化ＭＣＭＢ??图１?－?４?“颗粒单元构筑”理论示意图??Ｆｉｇ?１－４?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?Ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｆｒｏｍ?Ｇｒａｎｕｌａｒ?Ｂａｓｉｃ?Ｕｎｉｔｓ?ｔｈｅｏｒｙ??１．３中间相沥青炭微球的制备方法??目前，主要采取热缩聚法、乳化法和悬浮法等方法制备ＭＣＭＢｓ。??１．３．１缩聚法??ＭＣＭＢｓ作为碳质中间相发展到一定阶段的产物，其形成过程是中间相沥青形成??的必经环节。缩聚法是以富含稠环芳烃的化合物为原料，在反应釜中进行热处理。缩??聚法制备ＭＣＭＢｓ的过程大致为：在密闭的高温高压反应釜中放入适量的富含稠环芳??烃的煤沥青等原料，通入适量的惰性气体并维持适宜的压力，按照合适的升温速率，??将体系温度升至指定温度（一般在３５０°Ｃ？４５０°Ｃ范围内），在该温度下恒温一段时间，??待反应结束体系冷却至室温，得到含有ＭＣＭＢｓ的固态聚合产物，将聚合产物溶于某??种有机溶剂［９］，通过适宜的方法，得到的溶剂不溶物即为ＭＣＭＢｓ。缩聚法工艺流程如??图１?－?５所示：??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温煤沥青中间相热转化行为[J]. 杨桃,刘犇,宋燕,马兆昆,宋怀河,刘占军. 新型炭材料. 2019(06)
[2]AlCl3催化中温煤沥青制备中间相炭微球的研究[J]. 马豪,宋赛鹰,袁满,左浩淼,曹瑞雄,刘学伟,马兆昆,宋怀河. 炭素技术. 2019(04)
[3]Nitrogen-doped amorphous carbon coated mesocarbon microbeads as excellent high rate Li storage anode materials[J]. Zhimin Zou,Chunhai Jiang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[4]Enhanced Roles of Carbon Architectures in High?Performance Lithium?Ion Batteries[J]. Lu Wang,Junwei Han,Debin Kong,Ying Tao,Quan-Hong Yang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[5]石墨基锂离子电池负极材料研究进展[J]. 时杰,刘庆,臧浩宇,吕宪俊. 化工新型材料. 2019(01)
[6]中间相炭微球基活性炭吸附苯酚的工艺研究[J]. 张莹莹,高丽娟,姚君君,刘慧勇,程俊霞. 化学工程与装备. 2018(12)
[7]纳米氧化锌对中间相炭微球粒径的影响[J]. 王富孟,邢国政,邢晓晗,靳利娥,解小玲,曹青. 炭素技术. 2018(05)
[8]淀粉基炭微球的制备与电化学性能研究[J]. 杨琳,曹瑞雄,李想,宋怀河. 炭素. 2018(02)
[9]中间相沥青表征研究进展[J]. 段春婷,郑冬芳,刘均庆,王秋实,梁朋,宫晓颐,宋怀河. 新型炭材料. 2018(03)
[10]成核剂对中间相炭微球性能的影响[J]. 常鸿雁. 煤炭转化. 2017(05)
硕士论文
[1]乳化法制备中间相沥青炭微球及其电化学性能研究[D]. 李想.北京化工大学 2018
[2]添加剂对中间相炭微球粒径的影响及机理研究[D]. 王富孟.太原理工大学 2018
[3]沥青聚合条件对炭材料电化学性能的影响[D]. 佟令文.北京化工大学 2017
[4]多级孔二氧化钛微球用作高效液相色谱柱填料的色谱性能研究[D]. 王梦炎.天津大学 2016
[5]优质中间相沥青的制备及性能研究[D]. 康树涛.北京化工大学 2013
[6]中间相沥青炭微球的乳液法制备及电化学性能研究[D]. 宋前前.北京化工大学 2013
[7]中间相碳微球的制备与研究[D]. 李春艳.长沙理工大学 2013
[8]小粒径中间相炭微球的制备及其电化学性能研究[D]. 徐斌.北京化工大学 2011
[9]中间相炭微球的制备及性能研究[D]. 孙国娟.北京化工大学 2011
[10]催化热处理MCMB用作锂离子电池负极材料的研究[D]. 李祯.北京化工大学 2007
本文编号：3093491
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?－?１?ＭＣＭＢｓ的形态结模型??Ｆｉｇ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ＭＣＭＢｓ??
?北京化工大学硕士学位论文???烃分子尺寸较小，它们相互堆积形成规则的片状堆积单元，这些堆积单元不是直接形??成中间相小球，是构成球形微域，进一步作为基本单元再组合成ＭＣＭＢｓ。“微域构筑”??理论的示意图如图１－３所示：??＜３?—?＿卜——中间相球体??（ａ）片状芳?（ｂ）片状分了堆??否分子?积中元?（ｃ）屮间相沥ｆｆ的微域??（分＆绀装单儿）?（准取向分广组装甲儿）??图１－３?“微域构筑”理论示意图??Ｆｉｇ?１－３?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｄｏｍａｉｎ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｔｈｅｏｒｙ??在“微域构筑”理论中，假设中间相形成过程中出现了片状分子堆积单元，但在??实际实验中并未观察到。我国科研工作者经德齐等［７］对“微域构筑”理论作出进一步??的发展，提出“界面层转化机理”。该机理表明，在沥青与催化剂接触的界面层内，小??分子芳烃转化成平面大分子，在ｎ－ｊｉ键的作用下，平面大分子发生面面层积进而形成??片层单元，直接参与到形成中间相的过程中。该机理认为，中间相小球体均相成核优??先发生在催化剂富集的区域，形成的晶核同步生长，最终形成粒径均匀的ＭＣＭＢｓ。??“界面层转化机理”总体上与“平面芳烃分子一堆积单元一中间相小球体”的形成过??程相吻合。经德齐等人的工作，对“微域构筑”理论在中间相形成过程中出现了片状??分子堆积单元的假设作出了较合理的解释。??（３）?“颗粒基本单元构筑”理论。??天津大学王成扬教授在对非均相成核中间相炭微球的研究中，对碳质中间相形成??过程的机理提出了?“颗粒基本单元构筑”（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｆｒｏｍ?Ｇｒａｎｕｌａｒ?Ｂａｓｉｃ?Ｕｎｉｔｓ，ＢＧＢＵ）?
?第１章绪论???雜？藝＃??⑷平曲分子?（ｂ）中Ｍ相构筑中．元?（ｃ）中间相球体?（ｄ）碳化ＭＣＭＢ??图１?－?４?“颗粒单元构筑”理论示意图??Ｆｉｇ?１－４?Ｔｈｅ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?Ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｆｒｏｍ?Ｇｒａｎｕｌａｒ?Ｂａｓｉｃ?Ｕｎｉｔｓ?ｔｈｅｏｒｙ??１．３中间相沥青炭微球的制备方法??目前，主要采取热缩聚法、乳化法和悬浮法等方法制备ＭＣＭＢｓ。??１．３．１缩聚法??ＭＣＭＢｓ作为碳质中间相发展到一定阶段的产物，其形成过程是中间相沥青形成??的必经环节。缩聚法是以富含稠环芳烃的化合物为原料，在反应釜中进行热处理。缩??聚法制备ＭＣＭＢｓ的过程大致为：在密闭的高温高压反应釜中放入适量的富含稠环芳??烃的煤沥青等原料，通入适量的惰性气体并维持适宜的压力，按照合适的升温速率，??将体系温度升至指定温度（一般在３５０°Ｃ？４５０°Ｃ范围内），在该温度下恒温一段时间，??待反应结束体系冷却至室温，得到含有ＭＣＭＢｓ的固态聚合产物，将聚合产物溶于某??种有机溶剂［９］，通过适宜的方法，得到的溶剂不溶物即为ＭＣＭＢｓ。缩聚法工艺流程如??图１?－?５所示：??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温煤沥青中间相热转化行为[J]. 杨桃,刘犇,宋燕,马兆昆,宋怀河,刘占军. 新型炭材料. 2019(06)
[2]AlCl3催化中温煤沥青制备中间相炭微球的研究[J]. 马豪,宋赛鹰,袁满,左浩淼,曹瑞雄,刘学伟,马兆昆,宋怀河. 炭素技术. 2019(04)
[3]Nitrogen-doped amorphous carbon coated mesocarbon microbeads as excellent high rate Li storage anode materials[J]. Zhimin Zou,Chunhai Jiang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[4]Enhanced Roles of Carbon Architectures in High?Performance Lithium?Ion Batteries[J]. Lu Wang,Junwei Han,Debin Kong,Ying Tao,Quan-Hong Yang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[5]石墨基锂离子电池负极材料研究进展[J]. 时杰,刘庆,臧浩宇,吕宪俊. 化工新型材料. 2019(01)
[6]中间相炭微球基活性炭吸附苯酚的工艺研究[J]. 张莹莹,高丽娟,姚君君,刘慧勇,程俊霞. 化学工程与装备. 2018(12)
[7]纳米氧化锌对中间相炭微球粒径的影响[J]. 王富孟,邢国政,邢晓晗,靳利娥,解小玲,曹青. 炭素技术. 2018(05)
[8]淀粉基炭微球的制备与电化学性能研究[J]. 杨琳,曹瑞雄,李想,宋怀河. 炭素. 2018(02)
[9]中间相沥青表征研究进展[J]. 段春婷,郑冬芳,刘均庆,王秋实,梁朋,宫晓颐,宋怀河. 新型炭材料. 2018(03)
[10]成核剂对中间相炭微球性能的影响[J]. 常鸿雁. 煤炭转化. 2017(05)
硕士论文
[1]乳化法制备中间相沥青炭微球及其电化学性能研究[D]. 李想.北京化工大学 2018
[2]添加剂对中间相炭微球粒径的影响及机理研究[D]. 王富孟.太原理工大学 2018
[3]沥青聚合条件对炭材料电化学性能的影响[D]. 佟令文.北京化工大学 2017
[4]多级孔二氧化钛微球用作高效液相色谱柱填料的色谱性能研究[D]. 王梦炎.天津大学 2016
[5]优质中间相沥青的制备及性能研究[D]. 康树涛.北京化工大学 2013
[6]中间相沥青炭微球的乳液法制备及电化学性能研究[D]. 宋前前.北京化工大学 2013
[7]中间相碳微球的制备与研究[D]. 李春艳.长沙理工大学 2013
[8]小粒径中间相炭微球的制备及其电化学性能研究[D]. 徐斌.北京化工大学 2011
[9]中间相炭微球的制备及性能研究[D]. 孙国娟.北京化工大学 2011
[10]催化热处理MCMB用作锂离子电池负极材料的研究[D]. 李祯.北京化工大学 2007
本文编号：3093491
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