锂离子电池硬碳负极材料的现状及展望_李巧霞

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1、第卷第期上海电力学院学报年月：锂离子电池硬碳负极材料的现状及展望李巧霞，毛宏敏，刘明爽，徐群杰上海电力学院环境与化学工程学院，上海摘要硬碳具有高容量优异的倍率特性和良好的低温性能成为电动车电池最具潜力的负极材料综述了硬碳材料的研究和应用进展指出任意堆积的石墨烯层结构决定了硬碳材料的性能原材料和制备工艺会影；响硬碳材料的规模化生产质量和应用随着电动汽车产业的兴起和硬碳材料应用的增长，其相关应用研究将成为热点关键词：硬碳；负极材料；锂离子电池；电动车献标志码文章编号中图分类号：文：’，：：；；；为了解决日益加剧的能源和环境两大问题，动汽车的目标即到年在德国行驶的电动一，汽车总量达到万辆

2、许多国家正大力发展新能源汽车美国明确提出；日本在《新代汽车战略到年美国道路上行驶的插电式电动汽车将》中计划到年在日本销售的新车中，电“”达到万辆一；德国将发展纯电动汽车和插电式动汽车和混合动力汽车等新代汽车总销量混合动力汽车作为主要技术路线，提出了发展电比例将达到而我国的电动汽车科技发展收稿日期：：李巧霞通讯作者简介（女博士讲师河南洛阳人主要研究方向为电化学与燃料电池催化剂的制备等基金项目：国家自然科学基金靑年基金项目（上海市科学技术委员会地方能力建设项目上海市教育委员会科技创新项目（；16上海电力学院学报年“”十二五专项规划指出，到年中国电动汽表明小尺寸微孔的材料具有高的嵌锂电位

3、其容车保有量将达到万辆量较高而大尺寸微孔的材料具有较好的倍率性为了适应新能源车的发展快速充电和大倍能，因此可以根据需要制备不同尺寸的微孔硬碳率放电的锂离子动力电池成为研究和开发的热材料点其中电池正负极活性物质材料的选择尤为重由于石墨烯层的任意堆积，硬碳材料中的锂要目前锂离子电池的负极材料主要是石墨原离子可以从不同角度嵌人和脱出，从而提髙了锂因在于其导电性好可逆比容量可达离子的扩散速度可以实现材料的快速充放电加以上但石墨材料的结构稳定性差与电解液的相上大量微孔的存在，硬碳材料拥有更多的嵌锂空容性差且由于在其有序层状结构中的扩散速间可逆容量远大于度慢，导致该材料不能大倍率地充放电，因而

4、研究。硬碳材料的不可細和电压滞繊人员开始細碳材料的开发硬碳是难以石墨化的碳为高分子聚合物的虽然硬碳材料具有较高的可逆容量但首次热解碳，它具有相互交错的层状结构可以从不可逆容量较大首次充放电效率仅在左各个角度嵌入和脱出一，大大提高了充放电的速度，右不可逆容量的存在需要浪费定量的正极材其低温性能也较石墨材料有明显的改善而且硬料来补偿，也会降低电池的能量密度和增加电池碳材料往往具有高的可逆比容量，因此硬碳材料的成本等人认为，以蔗糖为原料制更适用于汽车动力电池的负极材料备的硬碳不可逆容量的产生有两个原因一是锂与电解液反应生成固体电解质（膜消耗了部？擁；二是与蘭料麵細贩賴耗了部分可而固体解硬

5、碳材料的结构研究一八个反上应中生成对电池性能是有益的，表面；在后锂在石墨材料中的嵌人脱嵌按化学计量基团的种类和多少直接影响不可逆容量的大小进行，其理论值为但硬碳的放电此外暴露在和中时不可逆容量显著下容量可以远大于此值，这说明它具有不同于石墨降只有但暴露在：和中时，不的有序层状结构提出了任意可逆容量高达堆积硬碳结构模型等人认为相对于硬碳材料充放电过程中的电压滞后现比石墨材料，硬碳具有更短的石墨烯层直径约象等人认为是由高温分解后残留的有时是单层，但更多的是由层或层堆积小于的氢引起的热处理温度提高到一：以上能够消除这现象同时会降低可逆容量形成材料的基本结构等人同样认，为在硬碳中没有平行堆

6、积的结构由酚醛树脂加这主要是由锂嵌入电位的变化和一定数量的微孔热到制得的硬碳材料中存在两种层间结关闭造成的个构硬碳材料的制备研究例为—是个单层距离为的结；构，其比例为这些任意堆积的石墨烯层间硬碳多在左右热解制备而得但不形成了很多的微孔同的原材料制备的硬碳性能也会不同常见的硬一等人研究了微孔和容量之间的碳根据原材料的不同可分为两大类：是以酚醛关系通过的高温分解有机前驱体制备树脂、环氧树脂和聚糠醇等制备的树脂二硬碳材料小角度的测试显示，该材料具有碳是以，，等有机聚合物较弱的峰，这也证明了材料中微孔的存在制备的热解碳其中聚糠醇树脂碳的容量电化学性能表明，，具有较小尺寸的微孔且含有大可达含

7、硫聚合物热解所得到的硬碳比例单层石墨烯层结构的硬碳材料具有较高的其比容量为，聚苯酚热解所得到的硬容量碳，其比容量为，沥青、聚对苯撑等人制备了不同微孔的硬碳，结果（、环氧酚醛树脂和热解所得到的硬李巧霞等：锂离子电池硬碳负极材料的现状及展望碳，其比容量均大于随着研究的深生产一人，以由于硬碳的多孔结构容易，因此在，些植物材料被用于制备硬碳其中吸水吸氧稻壳热解制备的硬碳，其可逆容量高达实际生产时对环境要求严格但它具有倾斜而不是像石墨类材料那样平坦的充放电曲线，因而可传统的高温