煤系重質(zhì)有機物制備硬碳及其儲鋰-鈉性能研究.pdf

1、硬碳負極材料具有較大的石墨片層間距以及亂層堆疊的微觀結(jié)構(gòu)，用作Li/Na離子電池負極材料時與傳統(tǒng)石墨類負極材料相比，儲存容量更高、倍率性能以及循環(huán)性能更加優(yōu)異，受到人們的廣泛關注。在諸多制備硬碳原料中，煤系重質(zhì)有機物具有來源廣泛、價格低廉，碳含量高以及反應活性強等優(yōu)勢，是一種優(yōu)質(zhì)的碳素材料的前驅(qū)體。本文開發(fā)了以煤炭直接液化殘渣中重質(zhì)有機物為原料制備硬碳負極材料的技術路線；考察了碳化溫度對硬碳材料的組成及微觀結(jié)構(gòu)的影響，研究了硬碳微觀結(jié)構(gòu)

2、與其電化學性能之間的關系。主要的研究內(nèi)容以及成果如下：
　　以煤炭直接液化過程產(chǎn)生的重質(zhì)有機物為原料，經(jīng)簡單的化學交聯(lián)、固化、碳化制得硬碳，并研究了其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。研究表明：隨著碳化熱處理溫度的升高，所得硬碳的H/C比減小，石墨片層間距逐漸減小，石墨微晶尺寸變大；相應的儲鋰容量逐漸下降，首次庫倫效率增大。其中，1100℃下得到的樣品表現(xiàn)出最佳綜合性能：在100mA g-1電流密度下可逆容量為360mAh g-

3、1，首次庫倫效率為76.5%，在5A g-1大電流密度下循環(huán)1200周電池比容量依然可以保持在260mAh g-1，容量保持率在95%左右。
　　研究了硬碳用于鈉離子電池負極的儲鈉性能，結(jié)果顯示與儲鋰性能的變化相類似的規(guī)律：隨著碳化溫度的升高，儲鈉容量逐漸減小，首次庫倫效率升高。其中，在800℃下制得的樣品在100mA g-1電流密度下儲鈉可逆容量為217mAh g-1，首次庫倫效率為59.2%。
　　針對硬碳材料在鈉離子電

4、池中循環(huán)、倍率性能不佳的問題，提出石墨烯包覆改性的策略。實驗結(jié)果表明石墨烯的存在引入了更加豐富的孔道結(jié)構(gòu)，有效地改善硬碳材料的導電性，提升電子傳導效率。電化學表征結(jié)果顯示石墨烯/硬碳復合材料（HCG）表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率以及循環(huán)穩(wěn)定性：在電流密度100mA g-1和5A g-1下5%-HCG-800與HC-800的可逆嵌鈉容量分別是205mAh g-1，95mAh g-1和192mAh g-1，23mAh g-1；在2A g-1的電流密度下