微扩层改性对煤基石墨微观结构和储锂性能的影响

作者：李龙; 邢宝林^*; 鲍倜傲; 靳鹏; 曾会会; 郭晖; 张越; 张文豪

来源：化工进展, 2023, 42(12): 6259-6269.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0121

• 煤基石墨
• 微扩层改性
• 微观结构
• 负极材料
• 电化学性能

以自制煤基石墨为前体，浓硫酸为插层剂，高锰酸钾为氧化剂，采用液相氧化插层-热处理工艺对煤基石墨进行微扩层改性处理，制备出微扩层煤基石墨。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱测试、低温氮气吸附和X射线光电子能谱等手段分析不同微扩层煤基石墨的微观结构，并测试其用作锂离子电池负极材料的电化学储锂特性，系统研究微扩层改性对煤基石墨微观结构和储锂性能的影响。研究表明，微扩层改性处理不仅可增加石墨微晶片层的层间距，还可以在石墨基体中引入纳米孔道和C==O、C—O—H及C—O—C等含氧官能团。氧化剂用量是影响微扩层煤基石墨微观结构的重要因素。通过调节氧化剂用量可实现微扩层煤基石墨微晶层间距、纳米孔道和表面官能团等微观结构的有效调控。当氧化剂用量为煤基石墨的0.30倍时，微扩层煤基石墨的层间距为0.3374nm，其纳米孔道主要由1～2nm微孔和2～6nm中孔组成，比表面积为24.6m2/g，且富含C==O、C—O—H及C—O—C等含氧官能团。微扩层煤基石墨用作锂离子电池负极材料展现出优异的电化学储锂性能，其在0.1C低电流密度下的可逆比容量最高可达511.1mAh/g，在5C高电流密度下为348.7mAh/g，且经300次循环充放电后，其比容量仍可维持在313.3mAh/g，容量保持率为89.9%，综合性能远高于煤基石墨。微扩层煤基石墨优异的电化学储能特性与其微观结构中富含石墨微晶片层、纳米孔道和含氧官能团等密切相关。

• 单位
  化学化工学院; 河南理工大学