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磷掺杂煤基碳纤维的制备及其储锂性能 被引量:1
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作者 李杰 孙明福 +4 位作者 于继图 李龙 孟卫波 梁浩 邢宝林 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期148-158,共11页
以褐煤、煤系腐植酸和煤沥青为原料,聚丙烯腈为助纺剂,三苯基膦为掺杂剂,采用静电纺丝法制备出磷掺杂煤基碳纤维,重点研究磷原子掺杂对煤基碳纤维微观结构和表面特性的影响。研究表明,褐煤、煤系腐植酸和煤沥青经静电纺丝法可成功制备... 以褐煤、煤系腐植酸和煤沥青为原料,聚丙烯腈为助纺剂,三苯基膦为掺杂剂,采用静电纺丝法制备出磷掺杂煤基碳纤维,重点研究磷原子掺杂对煤基碳纤维微观结构和表面特性的影响。研究表明,褐煤、煤系腐植酸和煤沥青经静电纺丝法可成功制备出具有良好柔性的磷掺杂煤基碳纤维。所制备的磷掺杂煤沥青基碳纤维P-CTP-CFs相互交织形成三维网状结构,其平均直径为144.0 nm,比表面积为50.3 m^(2)/g,同时含有大量无定形碳和C—O、C=O、O—C=O、吡啶氮、吡咯氮、石墨氮及P—C/P—N、P—O、P=O等杂原子官能团。磷掺杂煤沥青基碳纤维P-CTP-CFs用作锂离子电池自支撑负极材料时具有优异的电化学性能,在20 mA/g的电流密度下,可逆容量达到944.9 mAh/g,在1000 mA/g大电流密度下可逆容量仍有273.6 mAh/g。且在100 mA/g的电流密度下,经过100次循环后可逆容量保持率可达到86.2%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池柔性负极材料。磷掺杂煤沥青基碳纤维优异的储锂特性与其特殊的三维网状结构、较大的比表面积和丰富的杂原子官能团密切相关。 展开更多
关键词 煤基碳纤维 磷掺杂 静电纺丝 锂离子电池 负极材料
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腐植酸基硬炭的微结构调控及电化学储钠性能
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作者 康伟伟 李松原 +10 位作者 曾海涛 郭卫杰 卢子情 李国鑫 胡昕冉 黄光许 贾建波 邢宝林 俞佳 庞爽 张传祥 《煤炭转化》 北大核心 2025年第5期117-127,共11页
高性能、低成本的硬炭负极对钠离子电池的商业化至关重要。以煤系腐植酸为原料,经高温炭化(1000℃~1500℃)制备硬炭,研究炭化温度对煤系腐植酸基硬炭无序碳、准石墨碳、类石墨碳、缺陷浓度等的影响,评价不同微结构硬炭的电化学储钠性能... 高性能、低成本的硬炭负极对钠离子电池的商业化至关重要。以煤系腐植酸为原料,经高温炭化(1000℃~1500℃)制备硬炭,研究炭化温度对煤系腐植酸基硬炭无序碳、准石墨碳、类石墨碳、缺陷浓度等的影响,评价不同微结构硬炭的电化学储钠性能。结果表明:随着炭化温度升高,腐植酸基硬炭的平均碳层间距与缺陷浓度逐渐降低,碳微晶尺寸逐渐增大,无序碳逐渐向准石墨碳以及类石墨碳演变;1300℃制备的硬炭含有28.26%的无序碳、36.91%的准石墨碳以及34.81%的类石墨碳,其平均碳层间距约为0.366 nm;作为钠离子电池负极材料,其在20 mA/g电流密度下的可逆比容量为224.1 mAh/g,首次库伦效率为74.2%,在20 mA/g电流密度下经500次循环后的容量保持率为75.5%;腐植酸基硬炭的平台区比容量与其准石墨碳含量呈正相关。 展开更多
关键词 钠离子电池 硬炭 炭化温度 负极材料 腐植酸
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煤系腐植酸基石墨化碳微观结构调控及其储锂性能
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作者 高博 谢永鑫 +5 位作者 贾飞 杨伟桥 孟卫波 刘勇志 唐利刚 邢宝林 《洁净煤技术》 2025年第10期169-177,共9页
以煤系腐植酸为原料,采用预炭化–高温(2200~2800℃)石墨化工艺制备煤系腐植酸基石墨化碳,重点研究石墨化温度对腐植酸基石墨化碳微观结构的影响,并探究其用作锂离子电池负极材料的电化学储能特性。结果表明:煤系腐植酸通过预先炭化–... 以煤系腐植酸为原料,采用预炭化–高温(2200~2800℃)石墨化工艺制备煤系腐植酸基石墨化碳,重点研究石墨化温度对腐植酸基石墨化碳微观结构的影响,并探究其用作锂离子电池负极材料的电化学储能特性。结果表明:煤系腐植酸通过预先炭化–高温石墨化工艺可成功制备出含有石墨微晶和无定形炭共存的石墨化碳。煤系腐植酸基石墨化碳的石墨化度、微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征与石墨化温度密切相关。当温度达到2800℃时,煤系腐植酸基石墨化碳HAGC-2800的石墨化度达到78.57%,具有长程有序的石墨微晶片层结构和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,其石墨微晶层间距为0.3371 nm,石墨微晶横向尺寸为25.6 nm,比表面积为5.63 m^(2)/g。该煤系腐植酸基石墨化碳用作锂离子电池负极材料时展现良好的储锂性能,当电流密度为50 mA/g时,可逆容量达到352 mAh/g,即使在大电流密度(2000 mA/g)下,其可逆容量仍可达175 mAh/g,经400次循环后,其容量保持率高达116%,兼具优异的倍率性能和循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤系腐植酸基石墨化碳优异的储锂特性,主要源于其微观结构中包含大量的石墨微晶片层、丰富的纳米孔道及结构缺陷等无定形炭密切相关。 展开更多
关键词 煤系腐植酸 石墨化碳 微观结构调控 锂离子电池 负极材料
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兰炭基硬炭的微结构调控及电化学储钾性能
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作者 苏方乐 康伟伟 +6 位作者 黄光许 邢宝林 李强 胡涵 曾海涛 贾建波 张传祥 《煤炭学报》 2025年第10期4865-4876,共12页
兰炭末的低碳高值化洁净利用不仅可以提高资源利用率,而且能够减少环境污染,有助于实现“双碳”目标。以兰炭末为前驱体,经炭化制备钾离子电池硬炭负极材料,研究炭化温度对兰炭基硬炭的碳相(高度无序碳、准石墨碳以及类石墨碳)、碳微晶... 兰炭末的低碳高值化洁净利用不仅可以提高资源利用率,而且能够减少环境污染,有助于实现“双碳”目标。以兰炭末为前驱体,经炭化制备钾离子电池硬炭负极材料,研究炭化温度对兰炭基硬炭的碳相(高度无序碳、准石墨碳以及类石墨碳)、碳微晶尺寸以及碳层间距、缺陷浓度、表面性质等微结构的影响规律,并评价不同微结构兰炭基硬炭的电化学储钾性能。研究发现:随着炭化温度的升高(600~1600℃),硬炭中的高度无序碳向准石墨碳以及类石墨碳演变,碳微晶的横向与纵向尺寸均逐渐增大,硬碳中sp3杂化碳的含量逐渐降低,向sp^(2)杂化碳演变,硬炭的有序度逐渐升高。此外,兰炭基硬炭的比表面积和总孔容随炭化温度的升高呈降低趋势,碳微晶层间距先增大后减小。1000℃下制备的硬炭ZN-1000的高度无序碳、准石墨碳以及类石墨碳含量分别为31.2%、34.5%、34.3%,介孔孔容高达0.04 cm^(3)/g,含有C=O、C—O、—OH等官能团,并且呈现出较高的平均碳层间距(d_(002)=0.375 nm)。作为钾离子电池负极材料,ZN-1000在20 mA/g电流密度下的可逆比容量达到207 mAh/g,在1000 mA/g的高电流密度下呈现出32 mAh/g的可逆比容量。兰炭基硬炭优异的电化学储钾性能与其微结构密切相关,K^(+)通过在兰炭基硬炭的高度无序碳、缺陷、含氧官能团、开放孔等活性位点上进行吸/脱附以及在有序碳层中的嵌入/出来进行存储。可为兰炭末的洁净化、高值利用以及钾离子电池碳负极材料的开发提供新思路。 展开更多
关键词 兰炭 钾离子电池 硬炭 微结构 电化学性能
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