软硬炭复合材料的制备及其储钠性能研究

钠离子电池(SIBs)作为储能器件备受人们关注,负极材料作为钠离子电池的重要组成部分是研究的热点之一。以煤化工副产物低灰煤焦油沥青为原料,通过直接与酚醛树脂混合,加以高温炭化,成功制备出煤沥青基软硬炭复合材料,考察了不同沥青/酚醛树脂质量比对所制材料结构的影响并应用于钠离子电池。通过SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、FTIR等测试表明,酚醛树脂可以有效地抑制沥青在高温过程的过度石墨化,沥青也可以修复酚醛树脂在炭化过程中所产生的不可逆缺陷,同时沥青与酚醛树脂二者可在炭化过程中发生交联反应,有利于复合材料中伪石墨结构的形成,从而引入更多吸附和插层位点。随着沥青与酚醛树脂质量比的逐渐增加,复合材料的伪石墨结构含量呈现先上升后下降的趋势,其中质量比为1∶4所制复合材料(LF−1∶4)的伪石墨结构含量最高,为32.88%,优于纯沥青直接炭化所制材料(LQ)的21.28%和纯酚醛树脂直接炭化所制材料(FQ)的27.08%。恒流充放电、循环伏安法等电化学测试表明,沥青与酚醛树脂制备的复合材料具有较好的储钠性能,其中LF−1∶4的首圈库伦效率和可逆容量分别为80.87%和249.10mAh/g,对比LQ的48.39%与90.39mAh/g和FQ的73.46%与230.48mAh/g具有明显的优势。同时,利用LF−1∶4所制备出的全电池表现出251.37mAh/g的可逆容量,经过计算得出该全电池的能量密度为214Wh/Kg。

徐家豪(1999—),男,河南濮阳人,硕士研究生。E-mail:212212010011@home.hpu.edu.cn

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徐家豪,张兆华,刘宇昊,等.软硬炭复合材料的制备及其储钠性能研究[J].洁净煤技术,2025,31(1):78−87.

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