高性能煤基石墨负极材料的制备及其储锂特性研究

高性能、低成本的石墨负极材料是近年来锂离子电池研究领域的热点问题.以资源丰富的济源无烟煤为原料,采用预先炭化-高温石墨化处理制备煤基石墨,利用X射线衍射(XRD)、Ra-man光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和低温N2吸附等手段表征煤基石墨的微观结构,并采用恒流充放电和循环伏安等探究煤基石墨用作锂离子电池负极材料的储锂特性.结果表明:无烟煤经预先炭化-高温(2 200～2 800℃)石墨化处理可制备出富含大量高度有序石墨微晶片层和纳米孔道的煤基石墨.石墨化温度是影响煤基石墨微晶片层和纳米孔道等微观结构特征的重要因素.当石墨化温度为2 800℃时,煤基石墨SG-2800具有较为完整的石墨微晶片层和较高的石墨化度(94.19％),其比表面积可达5.72 m2/g,且富含孔径为3.8～24.0 nm的纳米孔道.该煤基石墨用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在0.1 C(1 C=372 mA/g)倍率下的可逆容量高达369.7mAh/g,5C倍率下仍可维持在110.9mAh/g,经110次循环后,其可逆容量保持率可达94.3％,显示出良好的倍率特性和优异的循环稳定性,是一种比较理想的锂离子电池负极材料.煤基石墨优异的储锂特性归因于其高度有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道.