低阶煤制备锂离子电池用硬炭负极及其性能
王斌1
宋文革1
尚明2
曾红久2
黄显虹3
李晓明3
孙国华3
1.国能神东煤炭集团有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017200;中国神华能源股份有限公司 神东煤炭分公司,陕西 神木 7193152.国能神东煤炭集团有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 0172003.中国科学院山西煤炭化学研究所 中国科学院炭材料重点实验室,山西 太原 030001
摘要：为探索低阶煤在锂离子电池中作为负极材料应用的潜在可能性,对神东补连塔和锦界 2 个矿区的低阶煤进行了粉碎、纯化、氧化、炭化等工艺处理,通过工业分析、CHNSO元素分析、X射线衍射和物理吸脱附等对原料煤、各工艺段中间品以及得到的硬炭负极材料的化学组成和结构进行了系统分析,并且对煤基硬炭作为锂电负极的性能进行了研究.X射线衍射表明,2 个矿区的低阶煤原料中都含有类石墨晶畴,补连塔矿区的类石墨微晶含量较多,芳香度稍高一些.经空气氧化后,2 个矿区低阶煤氧含量升高明显,但低阶煤内部的无定型微晶片层大小未受到明显破坏,表明空气氧化是一种温和且高效的氧化手段.经氧化后的低阶煤在 1 200℃的高温炭化处理后,得到了煤基硬炭.相比直接从室温升高到 1 200℃的一段式炭化,先在 800℃低温炭化后再到 1 200℃恒温的二段式炭化所获得硬炭,微晶生长更为完善、缺陷更少,表明 800℃的恒温有利于微晶结构的生长和缺陷的修复.但受到原料煤芳香度、结晶程度和挥发分影响,在相同工艺下 2 个矿区的煤基硬炭在结构和性能方面还存在较大差异.在孔结构方面,补连塔煤在 1 000℃炭化之后的比表面积达 390 m2/g,锦界煤的 1 000℃炭化的比表面积已经低至 18.9 m2/g,而经过 1 200℃处理之后,2 种原料煤所制硬炭的比表面积均在 3～4 m2/g.在电化学性能方面,补连塔低阶煤在 1 000℃处理得到的硬炭比容量和首次库仑效率分别只有 235.6 mAh/g和 37.59%,当处理温度从 1 000℃提高到 1 200℃,首次放电比容量和首次库仑效率大幅提升到 341.7 mAh/g和 80.37%;而锦界低阶煤硬炭 1 000℃处理时,容量就已经高达 345 mAh/g,处理温度升高到 1 200℃,容量略有降低,但首次库仑效率从 66%提高至 80%.
关键词：神东低阶煤硬炭锂电负极电化学性能芳香度
分类号：TQ127(非金属元素及其无机化合物化学工业)TM911(独立电源技术（直接发电）)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4101602)国家自然科学基金(21975275)山西省重点研发计划资助项目(202202040201007)中国科学院战略性先导科技专项(XDA21070608)中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司科技创新资助项目(HT(2021)96)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 100-108 )
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