煤炭学报

作者：苏方乐, 康伟伟, 黄光许, 邢宝林, 李强, 胡涵, 曾海涛, 贾建波, 张传祥,

关键词：兰炭, 钾离子电池, 硬炭, 微结构, 电化学性能,

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sp2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 cm3/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(d002=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。

来源：2025年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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