石墨化爐在針狀焦材料發(fā)展中有不可缺少的作用

　　石墨化爐熱處理過的針狀焦作為一種新型炭材料，因其易于石墨化、電導率高、價格低廉、灰分低等優(yōu)異特性，逐漸成為一種優(yōu)質(zhì)的鋰離子電池負極材料wu,且已占據(jù)日本近60%的市場.近期，國內(nèi)在針狀焦的生產(chǎn)技術(shù)上取得了較大突破，實現(xiàn)了規(guī)模生產(chǎn)，但其用作鋰離子電池負極材料的研究較少.

　　一般軟炭(如瀝青焦、石油焦等)經(jīng)過2500?3000℃的石墨化爐熱處理后，會轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，但該過程極其復雜，既涉及石墨微晶在徑/軸向的有序排列、晶界的消失、晶體界面處C-C六圓環(huán)的形成、晶體的生長，還涉及石墨層邊界處不飽和碳原子的催化反應、碳原子或氣體分子的熱震動、石墨微晶的各向異性特性、石墨層層間的范德華力等微觀熱力學或動力學行為.目前，熱處理溫度與材料石墨微晶參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系巳得到系統(tǒng)研究，而石墨化機理的基礎(chǔ)研究較少.本工作以煤系針狀焦為原料，在分析熱處理溫度對針狀焦微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，深入研究了針狀焦的石墨化機理及其用作鋰離子電池負極材料的電極性能和儲鋰機制.

　　將煤系針狀焦機械粉碎后，用。45岬篩網(wǎng)進行篩分，置入炭化爐，先以5°C/min的升溫速率分別升溫至700P、1000°C,1500°C,并標記為NC700、NC1000、NC1500;格樣品置于高溫石墨化爐，先以15-C/min的升溫速率升至1500℃,再以7°C/min的升溫速率升至2250℃、2800℃并恒溫30tnin,降至室溫后得到石墨化樣品，相應標記為NC2250、NC2800。

　　在1500-2250℃的高溫石墨化爐石墨化過程中，體系獲得更大的能量，在表面能以及大兀健的作用下，石墨微晶沿軸向發(fā)生平行排列；同時，體系中碳原子的熱震動頻率增大,平行于平面網(wǎng)格方向的振幅增大，使得晶體平面上的位錯線和晶界逐漸減少，并放出潛熱。

　　隨著石墨化爐石墨化溫度的繼續(xù)升高，碳的蒸發(fā)率以指數(shù)式上升，這時體系中充滿各種碳原子或氣體分子，且石墨微晶在徑向的間距接近分子水平；在石墨層邊緣碳的自催化以及界面能的推動力作用下，各種游離的碳原子與相鄰石墨微晶的邊緣碳發(fā)生反應，形成C-C六圓環(huán)；在范德華力作用下，石墨層的“褶皺”消失，并趨向平面結(jié)構(gòu)，終形成三維有序的石墨化針狀焦。針狀焦經(jīng)過2800℃的高溫熱處理后，終逐步轉(zhuǎn)化成三維有序的石墨結(jié)構(gòu)。