近年来,人们对利用低温炭化工艺制备煤基无定形炭材料作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的负极材料产生了兴趣。然而,煤衍生炭材料的炭化机制仍然不太清楚。因此,本文选取烟煤为原料,探究了煤炭到无定形炭材料的化学、微晶和孔隙...近年来,人们对利用低温炭化工艺制备煤基无定形炭材料作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的负极材料产生了兴趣。然而,煤衍生炭材料的炭化机制仍然不太清楚。因此,本文选取烟煤为原料,探究了煤炭到无定形炭材料的化学、微晶和孔隙结构演变过程。随着温度的升高(低于1000℃),材料结构发生局部变化,碳层的迁移和小分子物质的释放导致了层间距(3.69-3.82A)和缺陷密度(1.26-1.90)逐渐增大,并且产生了丰富的纳米微孔结构。当温度升至1000~1600℃时,层间距和缺陷密度开始逐渐减小。在LIBs中,经1000℃炭化制备的样品表现出最佳的电化学性能。在0.1 C倍率测试下可逆容量达到384 mAh g^(-1),在5 C倍率下仍能保持170 mAh g^(-1),表现出优异的倍率性能。在SIBs中,经1200℃炭化制备的样品在0.1 C倍率测试下具有270.1 mAh g^(-1)的可逆容量和高达86.8%的首次库伦效率。本研究为煤基炭材料的精细化制备提供了理论支撑。展开更多
文摘近年来,人们对利用低温炭化工艺制备煤基无定形炭材料作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的负极材料产生了兴趣。然而,煤衍生炭材料的炭化机制仍然不太清楚。因此,本文选取烟煤为原料,探究了煤炭到无定形炭材料的化学、微晶和孔隙结构演变过程。随着温度的升高(低于1000℃),材料结构发生局部变化,碳层的迁移和小分子物质的释放导致了层间距(3.69-3.82A)和缺陷密度(1.26-1.90)逐渐增大,并且产生了丰富的纳米微孔结构。当温度升至1000~1600℃时,层间距和缺陷密度开始逐渐减小。在LIBs中,经1000℃炭化制备的样品表现出最佳的电化学性能。在0.1 C倍率测试下可逆容量达到384 mAh g^(-1),在5 C倍率下仍能保持170 mAh g^(-1),表现出优异的倍率性能。在SIBs中,经1200℃炭化制备的样品在0.1 C倍率测试下具有270.1 mAh g^(-1)的可逆容量和高达86.8%的首次库伦效率。本研究为煤基炭材料的精细化制备提供了理论支撑。
