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内蒙古扎鲁特旗无烟煤基微晶石墨,矿石品位高,经过超细粉碎之后,晶粒细小均匀,呈各向同性,因此比容量高于石墨负极材料的理论容量,但天然微晶石墨杂质含量高,导致锂离子电池结构稳定性和电化学性能降低,因此通过微晶石墨深加工,提高其纯度,改善其结构成为亟待解决的问题。本文以超细微晶石墨粉体为原料,系统研究微晶石墨提纯工艺及包覆、氧化、复合改性对微晶石墨结构及常温、低温储锂性能影响,揭示微晶石墨提纯及改性机理,采用第一性原理计算,结合试验研究,获取微晶石墨改性前后结构特征,揭示锂离子在微晶石墨中扩散规律。采用乳化煤油浮选-混酸工艺对天然微晶石墨超细粉体进行提纯,乳化煤油浮选后微晶石墨的固定碳从49.5%增加到93.5%,HF-H2SiF6法提纯后微晶石墨PMG4,制备锂离子电池电化学性能最优,其固定碳含量为99.0%,首次可逆比容量为477.4 mAh·g-1,首次库伦效率为61.3%,循环50次后,可逆容量保持率比浮选后试样提高10.2%,阻抗值显著降低。结构分析表明提纯后微晶石墨杂质含量显著降低,由于酸的氧化作用,使提纯后微晶石墨层间距增大。采用不同质量分数沥青炭对PMG4进行包覆改性,结果表明,当沥青炭质量分数为9%时,电化学性能最优,首次可逆比容量为299.1 mAh·g-1,首次库伦效率为75.4%,比包覆前提高14.1%,循环和倍率性能提高,阻抗值显著降低。与微晶石墨相比,沥青炭无序度较高,且尺寸较小,使微晶石墨中碳原子任意旋转或平移排列,层平面尺寸减小,层间距增大。采用Hummers法对PMG4进行氧化改性,获得PMGO1,再对其进行9%沥青炭包覆,获得PMG02。结果表明,PMGO1首次可逆比容量为560.2mAh·g-1,比PMG4提高82.8mAh·g-1,首次库伦效率为62.2%,比PMG4提高0.9%,PMG02倍率性能最优。氧化后试样含氧官能团增多,且官能团发生重组,使微晶石墨层间距增大。PMGO1由于氧化作用,边界出现褶皱结构,局部有孔隙产生,当包覆沥青炭后,沥青炭添补作用,使PMGO2的孔隙结构基本消失,包覆表面更光滑。采用第一性原理,从微观角度计算沥青包覆和氧化改性前后结构、优化后总能量、层间距、结合能、扩散能垒、差分电荷密度。结果表明,在相同结构,不同沥青包覆位置、不同氧化位置、不同储锂位置的结构中,优化后总能量越低,结构越稳定;储锂后层间距越大、扩散能垒越低,表明锂离子更容易在微晶石墨中扩散;结合能越低,表明锂离子越容易在微晶石墨中脱嵌;电荷分布密度可表明锂与微晶石墨的结合情况。采用机械研磨法,对PMGO1进行复合改性,制备氧化微晶石墨-纳米硅-氢氧化锡新型复合材料。结果表明,复合材料首次可逆比容量为590.2mAh·g-1,循环50次之后,可逆容量保持率为62.8%,比PMGO1提高2.3%,当电流密度为800 mA·g-1时倍率性能比PMGO1提高32.3%,循环和倍率性能较好。由于硅的影响,复合材料结晶度提高,在不规则多边形的PMGO1表面分布着纳米球状硅和微纳米尺寸的氢氧化锡类球状颗粒。研究低温时提纯及改性前后微晶石墨的储锂性能,结果表明,在0℃时,PMGO1循环性能最优,首次可逆比容量为297.7 mAh·g-1,循环50次后可逆容量是首次比容量的95.7%。在-20℃时,PMGO1+Si+Sn（OH）4的循环性能最优,首次可逆容量为119.1 mAh·g-1,循环50次后可逆容量是首次比容量的96.6%,PMGO1的倍率性能最优。随着温度降低,同一种负极材料的阻抗值不断增加,可逆容量和倍率性能逐渐降低。该论文有图69幅,表21个,参考文献155篇。