双碳源协同碳化策略提升基于煤炭的硬碳在钠离子电池中的储钠性能

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Dual Carbon Source Synergistic Carbonization Strategy to Enhance the Sodium Storage Performance of Coal-Based Hard Carbon for Sodium-Ion Batteries

钠离子电池用煤基硬碳通过碳-碳复合碳化法优化，混合葡萄糖、淀粉、蔗糖抑制石墨化并提升钠存储性能。最佳配比为葡萄糖30%、淀粉50%、蔗糖70%，BC-Glu-73样品容量达297.2 mAh g?1，库伦效率82.7%，动力学最优。

　　

基于煤的硬碳因其丰富的产量和极高的碳化效率而被视为钠离子电池（SIBs）中最具有商业前景的负极材料。然而，由于在高温碳化过程中碳层的堆叠和重排，基于煤的硬碳具有较高的石墨化程度，这严重限制了其钠储存能力。因此，我们采用了一种碳-碳复合碳化方法，使用碳水化合物（葡萄糖、淀粉和蔗糖）与烟煤混合进行碳化。碳水化合物中的丰富氧官能团在高温碳化过程中与烟煤发生强烈的交联反应，抑制了碳层的石墨化过程，从而实现了协同优化效果。制备的复合硬碳表现出更优异的钠储存性能。此外，还研究了烟煤与三种碳水化合物混合碳化的最佳添加比例，并从碳化行为的角度揭示了性能差异的原因。通过合理调控石墨化程度，当使用葡萄糖作为碳源时，BC-Glu-73的钠储存容量从253.6 mAh g^–1显著提高到297.2 mAh g^–1，初始库仑效率（ICE）高达82.7%，并且在所有样品中显示出最佳的钠储存动力学性能。最终确定葡萄糖、淀粉和蔗糖的最佳添加比例分别为30%、50%和70%。本研究采用的协同碳化策略为开发适用于商业钠离子电池的先进基于煤的负极材料提供了一条可能的途径。