王晶晶等：无烟煤制备高性能锂离子电池负极材料的研究 891· (a) 1C,0.5C,02C,0.1C (b) 1C.0.5C.02C,0.1C 2.0 2.0 1.5 1.5 A/ 1.0 A/ 1.0 0.5 0.5 U 50 100150200250300350 400 0 50 100150200250300350400 Specific capacity/(mA-h'g) Specific capacity/(mA.hg-) 图6GA和GPC不同倍率充放电曲线.(a)0.1C~1C倍率下GA的充放电曲线：(b)0.1C~1C倍率下GPC的充放电曲线 Fig.6 Charge and discharge curves of GA and GPC at different magnifications:(a)charge and discharge curves of GA at 0.1C-1C rate;(b)charge and discharge curves of GPC at 0.1C-1C rate 表3GA和GPC的首次充放电容量和库伦效率 Table 3 First charge and discharge capacity and coulombic efficiency of GA and GPC Sample name First discharge capacity/(mA.h'g) First charge capacity/(mA-h'g) Irreversible capacity/(mA.h'g)Coulombic efficiency/% GA 4154 361.4 54 87 GPC 395.8 346.3 49.5 87.5 差异，图7(a)显示了两种样品在不同电流密度下 高，这有可能是由于随着锂离子不断的嵌入脱出 循环20圈的倍率能力，从图中可以直观的看出GA 石墨层面扩张变形，后续的锂离子更容易的嵌入 和GPC在0.1C的倍率下可逆容量基本相同，在0.2C、 石墨基体，令容量反而升高7相比其他文献中碳 0.5C、1C的电流密度下GA都表现出了不同程度 基石墨材料，通过高温处理煤燃烧飞灰中的未燃 的优势.GA在0.1C的低电流密度下第一个循环 碳制备石墨材料(310mAhg)1图和改性人造石 中的可逆容量达到351.2mAhg,并在随后的循 墨(340mAhg),石墨化无烟煤作为锂离子电 环期间保持约为345.3mAhg.随着电流密度的 池负极材料具有较为优秀的可逆容量 升高，GA在0.2C、0.5C和1C的可逆容量（取20组 循环性能是衡量锂离子电池性能的重要指标 的平均值)分别为330.2、300.1和237.9mAhg, 之一，在1C的倍率下进行100次循环充放电测试 同等条件下的GPC的可逆容量分别为318.9、281.7 得到GA和GPC的循环性能和库仑效率，结果如 和213.8mAhg.在将电流密度恢复到0.1C时， 图8所示.GA的初始充电容量为255.3mAhg, GA的可逆容量为348.46mAhg,容量还稍有提 100次循环后容量为239.6mAhg,容量保持率 2.0 0.10 (a) 0.1C (b) 350 0.2C Peak 4 0.5C 1.5 300 1.0 250 0.5 ,200 0 150 ■-GA 0.5 -Ist cycle 。-GPC Peak 2 Peak 1 100 -2nd cycle -3rd cycle Peak 3 00 102030405060708090100 0.5 1.0 1.5 2.0 Cycle number Voltage/V 图7GA和GPC的倍率曲线及循环伏安曲线.(a)0.1C~1C倍率下GA和GPC的倍率曲线：(b)GA的循环伏安扫描曲线 Fig.7 Magnification curve and cyclic voltammetry curve of GA and GPC:(a)magnification curve of GA and GPC at 0.1C-IC rate;(b)cyclic voltammetric curve of GA差异，图 7（a）显示了两种样品在不同电流密度下 循环 20 圈的倍率能力，从图中可以直观的看出 GA 和 GPC 在 0.1C 的倍率下可逆容量基本相同，在 0.2C、 0.5C、1C 的电流密度下 GA 都表现出了不同程度 的优势. GA 在 0.1C 的低电流密度下第一个循环 中的可逆容量达到 351.2 mA·h·g−1，并在随后的循 环期间保持约为 345.3 mA·h·g−1 . 随着电流密度的 升高，GA 在 0.2C、0.5C 和 1C 的可逆容量（取 20 组 的平均值）分别为 330.2、300.1 和 237.9 mA·h·g−1 ， 同等条件下的 GPC 的可逆容量分别为 318.9、281.7 和 213.8 mA·h·g−1 . 在将电流密度恢复到 0.1C 时 ， GA 的可逆容量为 348.46 mA·h·g−1，容量还稍有提 高，这有可能是由于随着锂离子不断的嵌入脱出 石墨层面扩张变形，后续的锂离子更容易的嵌入 石墨基体，令容量反而升高[17] . 相比其他文献中碳 基石墨材料，通过高温处理煤燃烧飞灰中的未燃 碳制备石墨材料（310 mA·h·g−1） [18] 和改性人造石 墨（340 mA·h·g−1） [19] ，石墨化无烟煤作为锂离子电 池负极材料具有较为优秀的可逆容量. 循环性能是衡量锂离子电池性能的重要指标 之一，在 1C 的倍率下进行 100 次循环充放电测试 得到 GA 和 GPC 的循环性能和库仑效率，结果如 图 8 所示. GA 的初始充电容量为 255.3 mA·h·g−1 ， 100 次循环后容量为 239.6 mA·h·g−1，容量保持率 表 3  GA 和 GPC 的首次充放电容量和库伦效率 Table 3 First charge and discharge capacity and coulombic efficiency of GA and GPC Sample name First discharge capacity/(mA·h·g−1) First charge capacity/(mA·h·g−1) Irreversible capacity/(mA·h·g−1) Coulombic efficiency/% GA 415.4 361.4 54 87 GPC 395.8 346.3 49.5 87.5 Specific capacity/(mA·h·g−1) 0 50 150 250 350 100 200 300 400 0.5 1.0 1.5 2.0 0 Voltage/V (a) 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C Specific capacity/(mA·h·g−1) 0 50 150 250 350 100 200 300 400 0.5 1.0 1.5 2.0 0 Voltage/V (b) 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C 图 6    GA 和 GPC 不同倍率充放电曲线. （a）0.1C～1C 倍率下 GA 的充放电曲线；（b）0.1C～1C 倍率下 GPC 的充放电曲线 Fig.6    Charge and discharge curves of GA and GPC at different magnifications: (a) charge and discharge curves of GA at 0.1C–1C rate; (b) charge and discharge curves of GPC at 0.1C–1C rate Cycle number 0 30 50 70 90 10 20 40 60 80 100 100 150 200 250 300 350 50 Capacity/(mA·h·g−1 ) GA GPC 0.1C 0.1C 0.2C 0.5C 1C (a) Voltage/V 0 1.5 0.5 1.0 2.0 −1.0 −0.5 0.5 0 1.0 1.5 2.0 Current/mA 1st cycle 2nd cycle 3rd cycle Peak 1 Peak 2 Peak 3 Peak 4 (b) 图 7    GA 和 GPC 的倍率曲线及循环伏安曲线. （a）0.1C～1C 倍率下 GA 和 GPC 的倍率曲线；（b）GA 的循环伏安扫描曲线 Fig.7     Magnification  curve  and  cyclic  voltammetry  curve  of  GA  and  GPC:  (a)  magnification  curve  of  GA  and  GPC  at  0.1C –1C  rate;  (b)  cyclic voltammetric curve of GA 王晶晶等： 无烟煤制备高性能锂离子电池负极材料的研究 · 891 ·