锂离子电池热失控管理中不同电解质体系的实验研究与分子反应机制

本文创新性地采用超快热转化技术（30秒）从焦煤中合成硬碳（hard carbon），通过调控温度精准优化石墨状微晶（3.71 ?层间距）、无定形碳和纳米闭孔结构，获得比表面积（SBET）3.53 m2·g?1、容量251.40 mAh·g?1（0.1C）的高性能钠离子电池（SIBs）负极，揭示了钠离子"吸附-插层-孔填充"协同存储机制，为煤基硬碳的快速制备及储能机制研究提供新范式。

　　

Highlight

焦煤衍生的硬碳（CC-982）展现出独特的结构特征：具有3.71 ?大层间距的石墨状微晶、无定形碳基质和纳米级闭孔，共同贡献了3.53 m²·g^?1的低比表面积。这种结构使其在0.1C倍率下实现251.40 mAh·g^?1的高容量和优异的倍率性能。

Results and discussion

图1c展示了超快加热前后的煤样对比。实验采用碳布夹层固定煤块（图1d），通电后观察到强烈发光现象（图1e）。通过恒压调节电流控制温度，其升温曲线呈现两阶段特征：初始阶段因焦煤导电性差产生焦耳热，后期导电性增强导致温度骤升。这种瞬时高温（>2000°C）促使挥发分快速逸出，形成丰富的纳米孔道和扩大的碳层间距。

Conclusions

1）随碳化温度升高，挥发分快速释放导致层间距先增后减，在982°C时达到最优值3.71 ?；

2）钠离子存储机制包含三重协同作用：碳层边缘缺陷吸附（adsorption）、扩层间距插层（intercalation）以及纳米闭孔填充（pore filling）；

3）超快加热技术相比传统工艺（2小时）大幅缩短至30秒，显著降低能耗，为煤基硬碳的工业化生产提供新思路。