洁净煤技术

作者：王斌, 宋文革, 尚明, 曾红久, 黄显虹, 李晓明, 孙国华

关键词：神东低阶煤,硬炭,锂电负极,电化学性能,芳香度

为探索低阶煤在锂离子电池中作为负极材料应用的潜在可能性，对神东补连塔和锦界2个矿区的低阶煤进行了粉碎、纯化、氧化、炭化等工艺处理，通过工业分析、CHNSO元素分析、X射线衍射和物理吸脱附等对原料煤、各工艺段中间品以及得到的硬炭负极材料的化学组成和结构进行了系统分析，并且对煤基硬炭作为锂电负极的性能进行了研究。X射线衍射表明，2个矿区的低阶煤原料中都含有类石墨晶畴，补连塔矿区的类石墨微晶含量较多，芳香度稍高一些。经空气氧化后，2个矿区低阶煤氧含量升高明显，但低阶煤内部的无定型微晶片层大小未受到明显破坏，表明空气氧化是一种温和且高效的氧化手段。经氧化后的低阶煤在1 200 ℃的高温炭化处理后，得到了煤基硬炭。相比直接从室温升高到1 200 ℃的一段式炭化，先在800 ℃低温炭化后再到1 200 ℃恒温的二段式炭化所获得硬炭，微晶生长更为完善、缺陷更少，表明800 ℃的恒温有利于微晶结构的生长和缺陷的修复。但受到原料煤芳香度、结晶程度和挥发分影响，在相同工艺下2个矿区的煤基硬炭在结构和性能方面还存在较大差异。在孔结构方面，补连塔煤在1 000 ℃炭化之后的比表面积达390 m2/g，锦界煤的1 000 ℃炭化的比表面积已经低至18.9 m2/g，而经过1 200 ℃处理之后，2种原料煤所制硬炭的比表面积均在3~4 m2/g。在电化学性能方面，补连塔低阶煤在1 000 ℃处理得到的硬炭比容量和首次库仑效率分别只有235.6 mAh/g和37.59%，当处理温度从1 000 ℃提高到1 200 ℃，首次放电比容量和首次库仑效率大幅提升到341.7 mAh/g和80.37%；而锦界低阶煤硬炭1 000 ℃处理时，容量就已经高达345 mAh/g，处理温度升高到1 200 ℃，容量略有降低，但首次库仑效率从66%提高至80%。

来源：2025年第7期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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