·534· 北京科技大学学 报 2000年第6期 从图1可以看出：在550~1300℃碳化温度 320@ 范围内，树脂碳化样品组装的锂离子电池充 240 比表面积为248m2g 放电量并不是简单地随着树脂碳化处理温度升 高而线性增大，而是出现一个起伏变化.由 0 160 0000 550℃碳化处理的样品组装的锂离子电池充放 比表面积为58m2g 电量值都很低，并且也都远远低于在其他温度 80 碳化处理的祥品组装的锂离子电池充放电量， 0 2 4 6 8 10 12 这表明在550℃处理的酚醛树脂碳化样品尚未 放电循环/次 达到具有较高充放电量的能力，还不能作为二 320 b) 次锂离子电池碳负极材料.树脂从620℃到1 300℃碳化处理的样品组装的锂离子电池则都 0240 比表面积为248m2g1 有相对较好的充放电量.从前10次的充放电实 验结果可以看出：无论是充电量还是放电量， · 160 0 比表面积为58m2·g 700℃碳化处理的样品组装的锂离子电池都表 80 现出了相对较高的充放电量，呈现出一个电量 2 6 8 1012 高峰值：然后随着碳化处理温度升高，这种锂离 充电循环/次 子电池充放电量又都开始降低.1000和1300℃ 图2不同表面积的酚醛树脂碳化产物组装的锂离子电池 碳化处理的样品充放电量都明显低于620和 充放电量.(a)放电量，(b)充电量 700℃碳化处理的样品充放电量，且1300℃碳化 Fig.2 The charge-discharge capacity of lithium ion cells 处理的样品充放电量又都低于1000℃碳化处 used the different specific surface of resin carbon 理的样品充放电量.这表明树脂碳化产物作为 化处理的样品组装的锂离子电池，在不同电流 锂离子电池碳电极材料时，其碳化处理温度并 密度时的容量变化情况. 不是越高越好，而是有一个最佳温度范围，酚醛 从图3可以看出，电池充放电量与充放电 树脂碳化产物的最佳温度在700℃左右 电流密度成反比关系，即电池充放电时的电流 2.2碳化产物比表面对充放电量的影响 密度越小，电池的充放电量就越高.这表明酚醛 为了考察树脂碳化产物比表面积与其制备 树脂碳化产物制备的碳电极在此电流密度范围 的碳电极材料电化学性能的关系，将酚醛树脂 内还有一定程度的浓差极化产生.这与700℃碳 在相同碳化处理温度条件下制备的两种具有不 化处理的酚醛树脂碳材料属于无定形碳，锂离 同比表面积的树脂碳化产物组装成锂离子电池 子在碳内部的扩散系数相对较小的原因有关 进行了测试，其结果如图2所示， 另外，从图3中还可以看出，在不同电流密 从图2可以看出：比表面积大的碳化样品 度范围内，电池充放电量随电流密度的变化率 组装的锂离子电池充放电量都明显高于比表面 也是有很大差别的.例如，当充电电流密度从 积小的树脂碳化样品组装的锂离子电池.两者 0.35mA·cm-2下降至0.20mA·cm2时，电池充电 放电量平均相差近35(mAh)g',充电量则平均 量平均提高了42(mA·h)g,其平均变化率r1 相差近40(mAh)g'.这说明树脂碳化产物比 为280(cm2h)g;而当充电电流密度从0.20 表面积的改变对其制备的锂离子电池充放电量 mAcm2再下降至0.10mAcm2时，电池充电量 的影响是非常显著的.因此制备出具有高比表 则平均提高了55(mAh)g',而其平均数变化 面积的树脂碳化产物作为锂离子电池碳电极材 率r2高达550(cm2h)g',为r1的1.96倍.由此可 料，也是提高锂离子电池充放电量的一个重要 见在此电流密度范围内，电池的充放电量对电 途径. 流密度的变化率随着电流密度减小而迅速增 2.3充放电电流密度对充放电量的影响 大.这表明在小电流充放电时，锂离子电池碳电 对酚醛树脂碳化产物组装的锂离子电池在 极材料的极化效应在迅速降低，这同时也意味 不同电流密度条件下的充放电量进行了考察. 着在电流密度进一步降低时，电池的充放电量 图3示出了酚醛树脂在还原性气氛中700℃碳 还会进一步增加，北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 一响卜卜 ︸ 下的 · 分交成︾日 从 图 可 以看 出 在 ℃ 碳化温度 范 围 内 , 树 脂 碳 化 样 品 组 装 的铿 离子 电池 充 放 电量并 不是简单地随着树脂碳化处理温度升 高而 线 性 增 大 , 而 是 出现 一 个起 伏 变 化 由 ℃ 碳化处理 的样 品组装 的铿 离子 电池充放 电量值都很低 , 并且也 都远远低于在其他温度 碳化处 理 的样 品组装 的锉离子 电池 充放 电量 这表 明在 ℃ 处理 的酚醛树脂碳化样 品 尚未 达到 具有较高充放 电量 的能力 , 还不 能作 为二 次铿 离子 电池碳 负极材料 树脂从 加 ℃ 到 ℃碳化 处 理 的样 品组装 的铿 离子 电池 则 都 有相对较好 的充放 电量 从前 次 的充放 电实 验 结果 可 以看 出 无论是 充 电量还 是 放 电量 , ℃ 碳化 处理 的样 品组装 的铿 离子 电池都表 现 出 了相 对较 高的充放 电量 , 呈 现 出一个 电量 高峰值 然 后随着碳化 处理温度升 高 , 这种铿离 子 电池充放 电量又 都开 始降低 和 ℃ 碳 化 处 理 的样 品 充 放 电量 都 明 显 低 于 和 ℃碳化处理 的样 品充放 电量 , 且 ℃碳化 处 理 的样 品 充 放 电量 又 都低 于 ℃碳 化 处 理 的样 品充放 电量 这表 明树脂碳化产物 作为 铿 离子 电池碳 电极材料 时 , 其碳化处理温度 并 不是越高越好 , 而是有一个最佳温度范 围 , 酚醛 树脂碳化产物 的最佳温度在 ℃左右 碳化产物 比表面对充放 电量的影响 为 了考察树脂碳化产物 比表面积 与其制备 的碳 电极材料 电化 学性能 的关系 , 将酚醛树脂 在相 同碳化处理温度条件下制备 的两 种具有不 同 比表面积 的树脂碳化产物组装成铿离子 电池 进行 了测 试 , 其 结果 如 图 所 示 从 图 可 以看 出 比表面 积 大 的碳化样 品 组装 的铿离子 电池充放 电量都 明显高于 比表面 积 小 的树脂碳化样 品组装 的铿离子 电池 两 者 放 电量平 均相差近 伽 · 一 , ,充 电量则平均 相差近 · 一 , 这说 明树脂碳化产物 比 表面积 的改变对其制备 的铿离子 电池充放 电量 的影 响是 非 常显 著 的 因 此制备 出具有高 比表 面积 的树脂碳化产物作为铿离子 电池碳 电极材 料 , 也 是 提 高铿 离子 电池充放 电量 的一个重要 途径 充放 电电流密度对充放 电量 的影响 对酚醛树脂碳化产物组装 的铿离子 电池在 不 同 电流密 度 条 件下 的充放 电量进行 了考察 图 示 出 了酚醛 树脂在还原性 气 氛 中 ℃ 碳 、饰 二犷卜 , , 矛一曰叹 》 七卜一幻 比表面积为 耐 · 一 , 放 电循环 次 、 , 比表面积为 耐 · 一 , 件 ︵︶︸八﹁ ︸, ,成女︾日 充 电循环 次 图 不同表面积的酚醛树脂碳化产物组装的锉离子 电池 充放电 放电通 , 伽充 电 · 花卜 山 免 化 处 理 的样 品组装 的铿离子 电池 , 在不 同 电流 密度 时 的容量变化情况 从 图 可 以看 出 , 电池 充放 电量 与充放 电 电流密 度成 反 比关 系 , 即 电池充放 电 时 的 电流 密度越小 , 电池 的充放 电量就越高 这表 明酚醛 树脂碳化产物制备 的碳 电极在此 电流密度范 围 内还有一定程度 的浓差 极化产生 这与 ℃碳 化处理 的酚醛树脂碳材料属 于无定形碳 , 铿离 子在碳 内部 的扩散 系数相 对较 小 的原 因有关 另 外 , 从 图 中还 可 以看 出 , 在不 同 电流 密 度 范 围 内 , 电池 充放 电量 随 电流 密度 的变化率 也 是有很大差 别 的 例 如 , 当充 电 电流密 度从 · 一 下 降至 一 时 , 电池 充 电 量平 均提 高 了 · 一 ’, 其平均 变化率 为 · · 一 , 而 当充 电 电流密度从 · 一 ,再下 降至 一 , 时 , 电池充 电量 则平 均提高 了 · 一 , , 而 其平 均数变化 率 八 高达 耐 · 一 , , 为 的 倍 由此可 见在 此 电流密 度 范 围 内 , 电池 的充放 电量 对 电 流 密 度 的变 化 率 随着 电流 密 度减 小而 迅 速 增 大 这表 明在 小 电流充放 电时 , 铿离子 电池碳 电 极材料 的极化效应在迅速 降低 , 这 同时也意味 着在 电流密度进一 步 降低 时 , 电池 的充放 电量 还会进一 步增 加