中间相炭微球 PPT
碳材料PPT课件
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
活性中间相炭微球在超级电容器中的应用
本公司专业生产中间相炭微球，欢迎各大科研单位和公司索取样品，共同开拓超级电容器的明天。ＱＱ：７２９９７７７８４ Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｏｏｄｅｒ＠１６３．ｃｏｍ
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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中间相炭微球负极材料
中间相炭微球负极材料简介中间相炭微球负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，具有高比容量、优良的循环稳定性和低成本等优点。
本文将对中间相炭微球负极材料的特性、制备方法以及在锂离子电池中的应用进行全面详细的介绍。
特性1.高比容量：中间相炭微球负极材料具有较高的比容量，可以存储更多的锂离子，从而提高锂离子电池的能量密度。
2.良好循环稳定性：中间相炭微球负极材料在长期充放电循环过程中具有较好的稳定性，能够保持较高的容量和循环寿命。
3.低成本：中间相炭微球负极材料的制备方法简单且成本较低，可以大规模生产，降低锂离子电池的制造成本。
制备方法中间相炭微球负极材料通常通过碳化硅模板法制备，具体步骤如下：1.制备硅模板：将硅颗粒与模板剂混合，通过高温煅烧得到具有孔隙结构的硅模板。
2.沉积碳源：将碳源溶液浸渍到硅模板中，经过干燥和热处理，使碳源在硅模板孔隙中沉积形成中间相炭微球。
3.模板去除：通过酸洗等方法将硅模板溶解，得到中间相炭微球。
4.表面改性：为了提高材料的导电性和循环稳定性，可以对中间相炭微球进行表面改性处理。
应用中间相炭微球负极材料在锂离子电池中具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：1.电动汽车：由于中间相炭微球负极材料具有高比容量和良好的循环稳定性，可以大幅提升电动汽车的续航里程和使用寿命。
2.便携式电子设备：中间相炭微球负极材料可以提供更高的能量密度和更长的使用时间，使得手机、平板电脑等便携式电子设备能够更加持久地使用。
3.储能系统：中间相炭微球负极材料的高比容量使其成为储能系统中的理想选择，可以提供更大的存储容量和更高的能量输出。
4.太阳能电池储能：中间相炭微球负极材料在太阳能电池储能领域具有广阔的应用前景，可以有效提高太阳能电池系统的储能效率和稳定性。
结论中间相炭微球负极材料是一种具有许多优点的新型锂离子电池负极材料。
通过合适的制备方法可以得到具有高比容量和良好循环稳定性的中间相炭微球。
在电动汽车、便携式电子设备、储能系统以及太阳能电池储能等领域都有着广泛的应用前景。
国标 中间相炭微球
中间相炭微球（MCMB）是一种具有特殊结构和性能的碳材料，广泛应用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等领域。
根据国家标准GB/T 24531-2009《中间相炭微球》，中间相炭微球是一种特殊的碳纳米颗粒，其直径一般在10-100纳米之间，呈球形或类球形结构。
中间相炭微球的主要特点是具有高的比表面积、良好的导电性和优异的电化学性能。
这些特性使得中间相炭微球在能源存储和转换领域具有广泛的应用前景。
例如，在锂离子电池中，中间相炭微球可以作为负极材料的添加剂，提高电池的能量密度和循环寿命；在超级电容器中，中间相炭微球可以提高电容器的比电容和功率密度；在燃料电池中，中间相炭微球可以提高燃料电池的效率和稳定性。
此外，中间相炭微球还具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在极端环境下保持良好的性能。
这使得中间相炭微球在航空航天、军事等高科技领域也具有重要的应用价值。
然而，中间相炭微球的制备过程复杂，需要通过高温裂解生物质或者石油焦等原料来得到。
因此，如何降低中间相炭微球的制备成本，提高其产量和质量，是目前研究的重要方向。
总的来说，中间相炭微球是一种具有广泛应用前景的新型碳材料。
随着科研技术的不断进步，我们有理由相信，中间相炭微球将在未来的能源存储和转换领域发挥更大的作用。
锂离子电池材料详解电芯课件.ppt
电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
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谢谢！
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电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
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5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质
电解质：
LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好，
热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了装下活性物质的量；越
大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；
D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
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天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下：
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。
多孔炭材料ppt课件
多孔炭材料
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料， 其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔 直到适于微生物增殖及活动的微米级大孔。
多孔炭材料具有耐高温、耐酸碱、导电、传热等一 系列优点。多种形态的活性炭是这类材料的典型例 子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理和 空气净化等方面已得到广泛的应用。 活性炭 活性炭纤维 膨胀石墨 微纳米多孔炭材料
吸附等温线是在恒定温度下平衡吸附量与被吸附气体压力 的关系曲线 。
BET吸附理论
吸附等温线类型
不同恒温时间下前驱体制备的活性炭比表面积
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ ag / m
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 A C -h1
第四章 多孔炭材料
1971年，基辛格博士为恢复中美外交关系秘 密访华。在一次正式谈判尚未开始之前，基辛 格突然向周恩来总理提出一个要求：“尊敬的 总理阁下，贵国马王堆一号汉墓的发掘成果震 惊世界，那具女尸确是世界上少有的珍宝啊!本 人受我国科学界知名人士的委托，想用一种地 球上没有的物质来换取一些女尸周围的木炭， 不知贵国愿意否?”
炭化
活化
产品
分级
干燥
洗涤
优点：对环境无污染，缺点是收率不高，活化温度较高。
物理活化法工艺
反应主要工序为炭化和活化两个阶段。 炭化就是将原料加热，预先除去其中的挥发成分，
制成适合于下一步活化用的炭化料。炭化的实质 是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚 反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、 氧等元素的组成被分解，炭原子不断环化，芳构 化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断 富集，最后成为富炭或纯炭物质。
中间相沥青微球
0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Capacity (mAh/g)
三、针状焦（Needle Coke)
3.1 性能和用途
二战以后，电炉炼钢朝大型化和超高功率（UHP）发 展，人造石墨电极在炼钢中作为电的导体使用，对电炉 炼钢的发展起着支撑性作用。
锂离子电池的特性-1
高的能量密度
与相同容量的Ni-Cd和NiMH电池相比，锂离子电池 的重量减少了一半，体积减 少了20％～50％。
锂离子电池的特性-2
高的工作电压
锂离子电池的工作电压为 3.6V左右，为Ni-Cd和NiMH电池的三倍，因此可以 减少所需电池的数目，利于 电子设备的微型化。
锂离子电池的特性-3
LixCy
负极反应
LiCoO2
+ yC
charge discharge Li1-xCoO2 + LixCy
总反应
在充放电的过程中，Li+在两个电极之间往返 嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅式电池”（Rocking Chair Batteries)。
锂离子电池理想的负极材料应满足以下要求
（1）电子导体 （2）嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金 属锂； （3）有较高的比容量； （4） 有较高的充放电效率； （5）在电极材料内部和表面，锂离子具有较高的扩 散速率； （6）具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定 性； （7） 价格低廉，容易制备。
无“记忆”效应
与Ni-Cd电池相比，锂离子 电池无“记忆”效应（在循 环过程中因充放电到未饱 和的程度而导致的充电容 量减小的效应），因此可 以实现部分充电。
中间相炭微球为原料制备石墨材料
中间相炭微球为原料制备石墨材料中间相炭微球是一种特殊的炭材料，具有高纯度和均匀的球形结构。
这种炭材料可以作为制备石墨材料的原料之一。
1.原料选择：中间相炭微球可以通过多种方法制备，常见的方法包括化学气相沉积、模板法、电化学法等。
在选择原料时，需要考虑炭微球的大小、形状和纯度等因素，以符合制备石墨材料的要求。
2.炭微球制备：中间相炭微球的制备一般通过碳源在特定条件下的裂解反应来实现。
在反应过程中，碳源会裂解生成炭原子，并在某种模板或催化剂的作用下形成球状结构。
这种球状结构的炭微球具有较高的比表面积和孔隙率，为后续制备石墨材料提供了有利条件。
3.石墨材料制备：利用中间相炭微球制备石墨材料的方法主要有两种：炭化法和石墨化法。
炭化法：将中间相炭微球在高温下进行热处理，使其中的非石墨碳转化为石墨结构。
这一过程中，炭微球会发生嵌入作用，形成具有层状结构的石墨纳米材料。
最后，通过退火等方式进一步提高材料的结晶度和石墨化程度。
石墨化法：在中间相炭微球表面涂覆一层石墨源材料，如天然石墨或石墨烯。
在高温下，石墨源材料会在炭微球上发生碳化反应，形成石墨材料。
这种方法可以使石墨材料具有更高的结晶度和导电性能，适用于一些高级应用领域。
4.石墨材料应用：制备好的石墨材料具有较好的导电性、导热性和机械性能等特点，广泛应用于多个领域。
电池材料：石墨材料可用作锂离子电池和超级电容器的负极材料，具有高的比容量和循环稳定性。
功能材料：石墨材料可用于制备导电墨水、导热材料、光催化剂等，用于电子器件、热管理和环境治理等领域。
复合材料：石墨材料可以与其他材料进行复合，用于制备轻质复合材料、导热胶粘剂和结构材料等。
总的来说，中间相炭微球作为原料制备石墨材料可以通过炭化法和石墨化法两种方法实现。
制备好的石墨材料具有多种应用，包括电池材料、功能材料和复合材料等。
这些石墨材料具有优异的性能，对于现代科技和工业的发展有着重要的作用。
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• 原料——必须具有能够形成中间相的组分
热缩聚后能生成大量分子量较大的多环芳 烃化合物；
具有较好的流动性，使多环芳烃化合物能 比较规整地定向排列； • 通常，有煤沥青、煤焦油、石油渣油沥青 • 也有合成树脂、合成沥青等
中间相炭微球的制备
• 原料改性 • 为制备高收率、高性能或其他特殊要求的
MCMB，可在原料中添加一些有机化合物， 如石蜡、四羟基化合物、苯醌等进行改性。 • 改性本质是使原料体系既含有具有高度反应 性的稠环芳烃组分，又有一定数量的烷烃链， 从而改善其相容性，并使热缩聚过程中物料 流动性好，促进中间相生成。 • 改性缺点是成本大量增加，制备工艺复杂。
中间相炭微球
• 沥青类化合物热处理时，发生热缩聚反应 各向异性的中间相小球体，把中间相小球 从沥青母体中分离出来形成的球形碳材料 就称为中间相炭微球 (Mesocarbon microbeads,MCMB)。
• 20世纪60年代，在研究焦炭形成过程中发 现中间相小球。
• 1973年，Honda和Yamada把中间相小球 从沥青母体中分离出来，得到中间相炭微 球。
• 缺点：工艺复杂繁琐，MCMB必须经不熔 化处理，且制备过程中存在困难，工业化 前景暗淡。
• 中间相小球的分离方法
溶剂分离法
根据中间相与沥青母体对 溶剂不同的溶解度选择溶 剂，把沥青母体中非中间 相组分溶解。但需消耗大 量溶剂，回收工序复杂， 不利于工业化生产。
离心分离法
采用离心机进行分离。 工序简单，用途广泛， 能够与连续化生产匹配， 是工业化生产的主要方
法。
• 碳质中间相
碳质中间相首先由Brooks和Taylor在前 人工作的基础上研究煤的焦化时所发现。
所谓碳质中间相是指沥青类有机物向固体 半焦过渡时的中间液晶状态。
• 炭质中间相的形成机理
对炭质中间相的形成理论的研究大 致经历了三个阶段，形成了具有代表 性的三种理论：
传统理论
“微域构筑”理论
“球形单位构筑”理论
• 中间相炭微球具有杰出的物化性能,如 化学稳定性、热稳定性、优良的导电 和导热性能等，是一种新兴的具有极 大开发潜力和应用前景的碳材料。
• 从中间相小球出发可以制备高密高强 C/C复合材料、高性能液相色谱柱材 料、高比表面积活性炭材料、锂离子 电池负极材料等一系列高性能碳材料。
• 原料 • 添加剂 • 制备工艺
• 直接热缩聚法工艺流程图
原料 加热聚合 中间相 溶剂分离 沥青 惰性气氛 沥青
中间相 沥青微球
中间相 炭微球
不熔化处理 碳化
• 直接缩聚法特点
• 优点：工序简单，条件易于控制，易实现 连续生产。
• 缺点：小球尺寸分布宽，形状和尺寸不均 匀，收率低。
• 乳化法工艺流程图
中间相 沥青
硅油
搅拌 加热
随片状液晶体浓度增加，为使平行排列的平面 分子所形成的新相稳定，要求体系表面自由能最 小，因而转化为表面体积最小的圆球形。
中间相炭微球的形成机理
传统理论
中间相炭微球的形成机理
• 传统理论
传统理论把中间相球体长大的原因归结为：1）吸收母 液分子，却没有给出吸收的条件过程；2）球体间的想 到融并，融并的前提是球体片层间的相互插入，但这种 片层间插入所需的能量不仅要高而且球体相遇插入的实 现几率较小。
如：添加铁的化合物（二茂铁、羰基铁等）
作用机理：这类化合物可以溶于液相沥青中， 在升高温度时分解成铁粒子，由于铁的高引 发性，促使沥青形成芳香族化合物缩聚物， 并从各向同性沥青分离出来作为中间相小球 生长的晶核，同时铁粉末把小球同母体沥青 界面隔离开，防止小球融并，铁还可以与硫 反应除去系统中的有害组分硫。
冷却
乳化液
悬浮液
离心
分离
中间相 炭微球
不熔化 中间相 苯洗涤 碳化 沥青微球 干燥 小球体
• 悬浮法工艺流程图
可溶性中间相沥青
溶剂
表面活性剂
沥青溶液
悬浮介质
悬浮液
中间相沥青微球分散体系 脱除溶剂 过滤精制 中间相沥青微球 不熔化处理、碳化 中间相炭微球
• 间接法特点
• 优点：MCMB尺寸分布较窄，内部轻组分 含量低，杂质很少。
• 传统理论
沥青加热到>350℃时，经过热解、脱氢、环化、 缩聚和芳构化等反应，形成分子量大、热力学稳 定的多核芳烃化合物的低聚物，并相互堆积、成 为两维有序的聚集体。
随反应程度的提高，低聚物的分子量和深度增 大。由于缩聚分子呈平面状，分子厚度几乎不变。 随分子量增加，分子长径比不断增加，当长径比 超过一临界值时，发生相转变，成为有序的片状 液晶体。
中间相炭微球的形成机理
• “微域构筑”理论 由日本学者Mochida等人提出，认为炭质中间
相的形成过程是先形成具有规则形状的片状分子 堆积单元，然后由片状分子堆积单元构成球形的 微域，再由微域规程成中间相球体的过程。
中间相炭微球的形成机理
• “微域构筑”理论避开了球体片层之间相互插入 而长大的不合理解释，但引入了实际上并不存在 的片状分子堆积单元（即，规则微晶），使得该 理认也有待改进。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
中间相炭微球的制备
• 添加剂——促进中间相小球生成，阻止其融 并
如：添加炭黑
作用机理：通常认为炭黑在中间相初生过程 中可以起到成核作用，促进小球生成；在中 间相小球长大过程中，一部分炭黑可以附前 瞻在中间相小球表面，阻止小球相互融并。
中间相炭微球的制备
中间相炭微球的制备
中间相炭微球的制备
• 中间相炭微球的制备工艺
中间相沥青
热缩聚反应
分离或分散
原料沥青
中间相沥青微球
预氧化 碳化
中间相炭微球
• 中间相炭微球的制备方法
直接缩聚法
把原料在惰性气氛下热缩聚， 在一定温度和停留时间下， 制得含有中间相小球的沥青
间接法
乳化法 悬浮法
把原料经过较严格的条件制得 100%的中间相沥青，再经研 磨或分散来制得中间相小球
中间相炭微球的形成机理
• “球形单位构筑”理论
天大化工学院李同起、王成扬等人在研究非均 相成核中间相形成的基础上，提出了含有一定喹 啉不溶物的煤焦油沥青中中间相形成的“球形单 位构筑”理论，该理论认为：中间相形成和发展 过程是三级结构的连续构筑，先由小芳香分子缩 聚形成大平面片层分子（一级结构），再由大平 面片层分子层积形成球形的中间相构筑单元（二 级结构），然后由这些构筑单元直接堆积形成中 间相球体（三级结构）。