目前，在商業(yè)中普遍使用石墨類碳材料作為鋰離子電池負(fù)極。但是石墨類碳材料理論容量（克容量）為372mAh/g，數(shù)值較低，越來越不能滿足高容量鋰離子電池的發(fā)展需求。而且石墨類碳材料對(duì)電解液敏感（個(gè)人理解：與電解液發(fā)生某種程度的反應(yīng)，影響電池性能）。

因此，非石墨類碳負(fù)極材料開始被研究應(yīng)用于鋰離子電池中。

1、非石墨類碳材料

非石墨類碳材料一般指不經(jīng)過2500℃以上高溫石墨化處理的碳材料。根據(jù)石墨化難易程度可分為難石墨化碳和易石墨化碳。

非石墨類碳材料主要由石墨微晶構(gòu)成，碳原子間以sp2雜化（碳原子最外層電子軌道轉(zhuǎn)化為三個(gè)新軌道，每個(gè)軌道與相鄰碳原子的一個(gè)軌道形成共價(jià)鍵）結(jié)合，層間距較大，有利于鋰離子快速脫嵌。

因?yàn)榉鞘愄疾牧系慕M織結(jié)構(gòu)與石墨規(guī)整有序的結(jié)構(gòu)不同，所以非石墨類碳材料不呈現(xiàn)晶體的性質(zhì)。非石墨類碳材料也被稱為無定形碳。

2、難石墨化碳（硬碳）

難石墨化碳是指在2500℃以上高溫條件處理，難以形成石墨化結(jié)構(gòu)的碳，也被稱為硬碳。硬碳一般從高分子有機(jī)物高溫?zé)峤獾玫?，常見硬碳包括：樹脂熱解碳（如酚醛樹脂熱解碳）、有機(jī)聚合物熱解碳（如聚氯乙烯熱解碳）、炭黑（如乙炔黑）

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

2.1????難石墨化碳（硬碳）的優(yōu)點(diǎn)

（1）硬碳的大倍率充放電性能優(yōu)于石墨。與石墨相比，硬碳的層間距較大，約0.38nm（石墨層間距為0.335nm），更有利于鋰離子的快速嵌入和脫出。

（2）硬碳可以與碳酸丙烯脂（PC）基電解液更兼容，硬碳可以發(fā)揮更優(yōu)的倍率性能。與石墨不同，硬碳中不容易發(fā)生碳酸丙烯脂分子與鋰離子共嵌入，導(dǎo)致硬碳層間剝落的情況。

（3）硬碳具有更高的克容量，處于350-450mAh/g之間。硬碳在制備過程中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生晶格缺陷。鋰離子不僅可以嵌入硬碳原子層間，也可以嵌入到缺陷中，使得硬碳的克容量高于石墨。

2.2????難石墨化碳（硬碳）缺點(diǎn)

（1）不可逆克容量較高。

（2）電壓隨容量（克容量）變化大。

（3）缺少平穩(wěn)的放電平臺(tái)。

由于上述缺點(diǎn)，硬碳作為鋰離子電池負(fù)極材料受到限制。

3、易石墨化碳（軟碳）

易石墨化碳是指在2500℃以上高溫條件處理，能石墨化的無定形碳，也被稱為軟碳。常見軟碳材料：針狀焦、石油焦、碳纖維等。

軟碳材料的可逆克容量一般大于300mAh/g。近年來有研究表明軟碳材料進(jìn)行表面氧化、包覆、摻雜等改性處理后，克容量可達(dá)到400mAh/g以上（個(gè)人理解：不是可逆克容量），循環(huán)性能可提升至1500次以上。

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

軟碳材料的優(yōu)點(diǎn)是與電解液相容性好，因此作為負(fù)極制備的鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性好，較適合大電流密度的充放電。

軟碳材料的缺點(diǎn)是嵌鋰電位較高（約1V，石墨為0.05-0.1V），造成鋰離子電池的工作電壓較低。因此限制了鋰離子電池的容量（克容量）和能量密度。

軟碳一般不直接作為負(fù)極材料，是制造人造石墨的原料。軟碳也可以作為摻雜、包覆材料對(duì)天然石墨或合金等負(fù)極材料進(jìn)行改性處理。

4、總結(jié)

硬碳和軟碳均具有大倍率充放電性能好的優(yōu)點(diǎn)和不可逆克容量高的缺點(diǎn)。

相對(duì)于硬碳，軟碳與電解液相容性更優(yōu)。相對(duì)于軟碳，硬碳具有更高的可逆克容量和更優(yōu)的快速充放電性能。

審核編輯：劉清