VoL22 No.6 汪树军等：酚醛树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材料) ·531· 样品石墨化程度还不是很高，仍属于无定形碳 300 范围，因最能表征石墨化程度的(002)衍射峰仍 处于平缓状态，表2列出了酚醛树脂在不同温 200 度碳化处理后的样品石墨化特征衍射峰的相关 .旦 参数. 100 表2酚醛树脂碳化样品石墨化特征衍射蜂参数 Table 2 The graphitization diffraction peak parameters of resin carbon derived from phenolic aldehyde resin 620 700 1000 tf℃Ioa/Laoo doom duo 20()200() t/℃ 620 2.3253.8772.03022.9244.60 图2不同温度处理的树脂碳化产物比表面积 700 1.0873.7542.02623.68 44.68 Fig.2 The specific surface of the resin carbon treated at 10000.5603.5242.02324.1044.74 different temperatures 从表2的数据可以看出，碳化样品的do 口还原气氛处理样品 和d值均随碳化处理温度升高而下降，但 300 圈隋性气氛处理样品 d值对温度的变化更为敏感，这与一般碳材 料的测试结果是一致的.但同时应该指出，酚醛 200 树脂碳化产物，在不同晶面方向上的层间距随 碳化处理温度的变化，与其相对应的衍射峰强 100 度随碳化处理温度的变化并不完全一致.将酚 醛树脂在不同处理温度后的样品X-射线衍射 620 700 谱图和表2的数据进行综合分析可以看出：在 t/℃ 620~1000℃范围内，随着处理温度的提高， 图3不同气氛处理的树脂碳化产物比表面积 (100)衍射峰的形成和增长最为明显，而(002)衍 Fig.3 The specific surface of the resin carbon treated at 射峰则显得迟缓.两者的强度比值IoL1o随处 different ambience 理温度的升高在迅速下降.因此酚醛树脂碳化 化处理的样品和620℃碳化处理的样品相比比 样品d值和I值的变化，实际上从两个方面表现 表面积下降了1.6倍左右.图3的测试结果还表 了树脂碳化样品的结构变化：从晶面层间距变 明，碳化处理气氛对碳化产物比表面积的影响 化角度看，(002)晶面间的距离减少速率高于 比温度的影响表现得更为强烈.例如，在620℃ (100)晶面间的减少速率，而从晶面本身增长方 时还原性气氛中处理的树脂碳化样品比表面积 面看，则(100)晶面的增长速率快于(002)晶面. 比惰性气氛中处理的样品比表面积高39倍，在 23碳化产物的比表面积测试 700℃时则高达4.4倍，充分说明碳化处理气氛 酚醛树脂高温处理后的碳化产物，是一个 对树脂碳化产物表面性能的影响极为重要. 具有较大比表面积的多孔材料.由于多孔材料 另外需要指出的是样品的比表面积与样品 的许多物化性能都与其表面性质密切相关，甚 的粒度有直接的关系.因此，在考察碳化处理温 至在一定程度上，表面性质可以决定材料的整 度和处理气氛等条件对比表面积的影响时，选 体物化特性，多孔材料的比表面积越大，这一趋 用了粒度分布相近的样品，即所有测试的样品 势就越明显.图2和图3分别示出了酚醛树脂 都经过筛选，使其粒度控制在280目至400目 在不同温度和不同气氛条件下碳化处理的样品 之间，从而基本上排除了粒度因素的影响. 比表面积测试结果， 从图2和图3可以看出碳化处理温度和气 3结论 氛对树脂碳化产物的比表面积均有着较强的影 (1)酚醛树脂碳化产物中各元素的质量分数 响，并且树脂样品不论是在还原性气氛中，还是 均随着碳化处理温度升高呈现规律性变化，其 在惰性气氛中碳化处理，比表面积均随着处理 中碳质量分数随碳化处理温度升高而增大：氢、 温度升高而下降.以还原性气氛为例，1000℃碳 氧质量分数则随着碳化处理温度升高而下降，V bL 22 N b 一 6 汪树军 等 : 酚醛树 脂碳化 产物作为铿离 子 电池 碳 电极材 料a) n 0 ù 1 1 。月钾s 样 品石 墨化程度 还不是 很高 , 仍属于无 定形碳 范围 , 因 最能表 征石墨化 程度 的( 0 0 2) 衍 射峰仍 处 于 平缓状态 . 表 2 列 出 了 酚醛树脂 在不 同温 度碳化 处理 后的样品 石墨 化特征衍射 峰的相关 参 数 . 表 2 酚醛树脂碳化样品石墨化特征衍射峰参数 介 ble 2 T h e g r a P h i比. iot n d 搜r a c it o n P e a k P a r a m 咖sr o f esr in e a r b o n d e ir v ed fr o m Ph e n o 血 a ld eb y d e esr in t/ ℃ (I 。 ) l(I lo) d( . ) d( , 2 l0( 朋 入 o ) 2 6(, 阅 尹( o ) 62 0 2 . 3 25 3 . 87 7 2 . 0 3 0 22 . 9 2 44 . 6 0 7 0 0 1 . 08 7 3 . 7 54 2 . 02 6 23 . 6 8 44 . 6 8 1 00 0 0 . 56 0 3 . 5 2 4 2 . 0 2 3 24 . 10 44 . 7 4 从表 2 的数据可 以 看 出 , 碳化 样 品 的 试 佣 2》 和 dl( o) 值均 随 碳化 处理 温度 升 高 而 下 降 , 但 试咖) 值 对温度 的变化更 为敏感 , 这与一般碳 材 料 的测试结果 是一致 的 . 但 同 时应该指 出 , 酚醛 树脂碳 化产物 , 在不 同 晶 面方 向上 的层 间距随 碳化 处理温度 的变化 , 与其相对 应 的衍射 峰强 度 随碳化处理温 度 的变 化并不完 全一致 . 将酚 醛 树脂在不 同处理温 度后 的样 品 X一射 线衍射 谱 图和 表 2 的数据进行综 合分析可 以看 出 : 在 62 0一 1 0 0℃ 范 围 内 , 随着 处 理 温 度 的提 高 , ( 1 0 0) 衍射 峰的形成和增 长最为 明显 , 而 ( 0 0 2) 衍 射峰则显得迟缓 . 两者 的强度 比值 石咖 ) (zI/ o ) 随处 理温 度的升高在迅 速下 降 . 因 此酚醛 树脂碳化 样品 d 值和 I 值 的变化 , 实际上从两个 方面表现 了树脂碳化样 品 的结构变化 : 从 晶 面层 间距变 化角度看 , ( 0 0 2) 晶面 间 的距 离减少速 率高 于 ( 10 0) 晶 面 间的减少速 率 , 而从 晶面本身增长方 面看 , 则 ( 10 0) 晶 面 的增长 速率快于 ( 0 0 2) 晶面 . .2 3 碳化产物的比表面积测试 酚醛树 脂高温处理 后的碳化产物 , 是一个 具有较大 比表面积 的多孔材料 . 由于 多孔材 料 的许 多物 化性能都 与其表面性质 密切相关 , 甚 至在一定程 度上 , 表面性质可 以决定材料 的整 体物化特 性 , 多孔材料 的比表面积越大 , 这一趋 势 就越 明显 . 图 2 和 图 3 分别 示 出了酚 醛树脂 在不 同温度 和不 同气氛条件下碳化处理 的样 品 比表 面积测试 结果 . 从 图 2 和 图 3 可 以看 出碳 化处理温度 和 气 氛对树脂碳化产物 的 比表面积均有着较强 的影 响 , 并且树脂样 品不论是在还原性气氛 中 , 还是 在惰性气氛 中碳化处 理 , 比表 面积均 随着 处理 温度升高而下 降 . 以还原性气氛为例 , 1 0 0 ℃ 碳 0 L es es 二 es es -J es es es es es es 二 es es j es es es es es es j es es 二- 62 0 70 0 1 0 00 t /℃ 图 2 不同温度处理的树脂碳化产物 比表面积 F咭 · 2 T h e s eP c in c s u r fa ce o f t h e esr in ca r b o n t r e a t ed a t d i月触er n t t e m P e r a t u er s 口 还原气氛处理样品 一 隋性气氛处理样品 0 内à、`, ù且. 甲的 . 叫 、日s 0 1 1 1. . . } 目目. } 6 20 7 0 0 t /℃ 图 3 不同气氛处理的树 脂碳化产 物比表面积 F ig . 3 T h e s pe c i if c s u r af c e o f ht e er s in e a r b o n 恤 a t de a t d i月免比 n t 皿m b i e n Ce 化处理 的样 品和 6 20 ℃ 碳化 处理 的样 品 相 比 比 表面积下 降了 1 . 6 倍左右 . 图 3 的测试结果还表 明 , 碳 化处理气 氛对碳化 产物 比表面 积 的影 响 比温度 的影 响表 现得更为 强 烈 . 例如 , 在 6 20 ℃ 时还原性气氛 中处理 的树脂碳化样 品 比表面积 比惰性气氛 中处理 的样 品 比表面积高 3 . 9 倍 , 在 70 0℃ 时则 高达 4 .4 倍 , 充 分说 明碳化处 理气 氛 对树脂碳 化产物表 面性能 的影 响极 为重要 . 另外 需要指 出 的是样 品 的比表面积与样 品 的粒度有直接 的关系 . 因此 , 在考察碳化 处理温 度和处理 气氛等条件对 比表面积 的影 响时 , 选 用 了粒度 分布相近 的样 品 , 即所 有测试 的样 品 都经过筛 选 , 使其粒 度控制在 2 80 目至 4 0 0 目 之 间 , 从而 基本上排 除了 粒度 因素 的影响 . 3 结论 (l) 酚醛树脂碳化产物中各元素的质量分数 均 随着 碳化 处理温度升 高呈现规律 性变化 , 其 中碳质量分数 随碳化处理温度升 高而增大 ; 氢 、 氧 质量分 数则 随着碳化 处理温度 升高而下 降