锌蒸气逸出调控无烟煤基硬碳结构及储钠性能研究

摘要

【目的】传统煤基硬碳制备过程存在多次碳化及酸碱后处理等复杂工艺的问题，本研究旨在开发一种简单、高效制备高性能煤基硬碳的方法。【方法】利用锌化合物与无烟煤在高温过程中反应，逸出锌蒸气的原理，实现对无烟煤前驱体层间距、无序程度、孔隙、表面官能团等结构的调控，一步制备高性能的无烟煤基硬碳材料。探究不同锌化合物（氧化锌、乙酸锌和硝酸锌）对硬碳结构调控的影响及其储钠性能。【结果】通过锌化合物对无烟煤的处理，增大了硬碳材料的层间距，提高了无序程度，形成大量孔隙和缺陷，增大了比表面积，为钠离子的存储和传输提供更多的活性位点和便捷的传输通道。其中，使用氧化锌改性无烟煤的硬碳材料具有最高的储钠容量，优异的倍率性能和循环性能：在30 mA·g^-1的电流密度下具有268 mAh·g^-1的可逆容量；在2 000 mA·g^-1的电流密度下仍具有199 mAh·g^-1的可逆容量；在1 000 mA·g^-1下循环300次后，容量保持率为90.9%。【结论】此工作可以为高性能、低成本的钠离子电池负极材料的开发提供理论基础和技术参考。

关键词

硬碳 / 钠离子电池 / 无烟煤 / 锌 / 电化学性能