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由于沥青基炭纤维兼顾机械强度和储锂性能,使其具备应用于结构化锂离子电池负极材料的潜力,但纤维结构与其电化学性能之间的关系尚不明确。本论文旨在研究沥青基炭/石墨纤维的内部结构与其电化学性能之间的关系。并通过不断探索纤维的制备工艺,获得了可逆容量较高、循环稳定性优异的沥青基纤维负极材料。研究的具体工作和结论如下:(1)以各向同性沥青作为原料,采用熔融纺丝工艺,制备出圆形SC沥青基炭纤维。考察了不同的热处理温度对SC纤维横截面结构和纤维内部微晶尺寸的影响及各温度点对应的电化学性能。再以中间相沥青为原料,制备出圆形AR沥青基炭纤维。同样考察了温度对AR纤维横截面结构和纤维内部晶体尺寸的影响及各温度点对应的电化学性能。论文得到经3000°C石墨化处理后的AR纤维(AR3000),其在0.1C下的首次充电比容量为373.4mAh/g,首次放电比容量为319.1mAh/g,库仑效率为85.5%。循环过程中该材料放电比容量可达335mAh/g,但100次循环后容量保持率为82.2%。研究认为造成圆形AR纤维负极材料容量衰减的主要原因是纤维在循环过程中发生胀裂,导致部分碳层无法二次嵌锂。(2)为获取更优异的循环稳定性,论文以调控纺丝速率为切入点。当纺丝速率增加至100m/min时,圆形AR石墨纤维负极材料在0.1C下的首次充电比容量为300.7mAh/g,首次放电比容量为271.9mAh/g,首次库仑效率为90.4%,100次循环后容量保持率为98.6%。电化学测试结果表明:由于紊乱的碳层片结构分散了纤维在嵌锂时其核心区的应力,维持了可嵌锂结构的完整性,使得在100m/min的纺丝速率下制备的纤维负极材料具有极好的循环稳定性。但这类结构减少了纤维内部的可嵌Li+位点,降低了纤维负极材料的可逆容量。(3)考虑到圆形纤维不能同时兼顾可逆容量和循环稳定性的问题,论文采用矩形喷丝孔替代圆形喷丝孔,探索了带状中间相沥青基石墨纤维负极材料的电化学性能。当喷丝孔尺寸为8×0.1mm时,纤维负极材料在0.1C下的首次放电容量为318.2mAh/g,100次循环容量保持率为98.8%。测试结果证明纤维横截面的碳层片取向和内部微晶的尺寸分别影响纤维负极材料的循环稳定性和可逆容量。