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本实验针对氯化钴存在时中间相炭微球(MCMB)经过热处理修饰后,MCMB表面形成石墨化层,内部仍为低温炭结构的客观试验现象,通过采用SEM、XRD、XPS、TG及FTIR等测试手段,开展了氯化钴低温修饰中间相炭微球的机理研究,并通过改变氯化钴的浸渍用量,对炭微球的表面形貌、外层石墨化程度以及用作锂离子电池负极材料的电化学性能进行了研究。
研究表明,浸有氯化钴的MCMB在低温炭化过程中,在100-200℃左右CoCl2·6H2O脱除所有的结晶水,当热处理温度达到400℃时,由于微球的作用,部分氯化钴开始转化为单质钴,当温度升到700℃时,一部分氯化钴挥发,另一部分与中间相炭微球发生了反应,二价的钴被还原成具有催化活性的单质钴,金属钴对炭微球表面起到了催化石墨化的作用,使未石墨化的中间相炭微球表面形成石墨化层,有序度得到了提高,而内部仍为低温炭的结构。
在明确反应机理的前提下,本实验还对浸有不同量氯化钴的中间相炭微球进行了研究,通过采用Raman光谱和XRD测试,表明了表面浸渍氯化钴的中间相炭微球经过二次热处理,可以较为明显地提高微球表面碳结构的石墨化程度,表面碳微晶尺寸变大,当MCMB与CoCl2·6H2O的质量比为1:0.4时,微球表面碳结构的石墨化程度较高,当继续增加氯化钴的量时,部分钴单质起到了破坏已形成的碳层有序结构的作用。恒电流充放数据表明,低温氯化钴修饰中间相炭微球,能够明显提高中间相炭微球的可逆容量,MCMB与CoCl2·6H2O的质量比为1:0.4时,首次可逆容量高达520.4 mAh/g,并且循环性能也得到较好的改善。