钠电负极材料-硬碳

硬碳储钠性能优异

硬碳具有多种类型的可逆储钠位点，理想状态下可提供约 530mAh/g 的理论容量。

► 硬碳为非石墨化碳,是指在 2800℃以上不能石墨化的炭材料。

► 与石墨的长程有序层状结构相比，硬碳内部碳微晶排布呈现出随机取向的特点，比软碳更加的无序、杂乱。

► 从微观结构看，硬碳具有丰富的储钠环境，储钠位置包括石墨片层间、封闭微孔、表面和缺陷位点。

► 据估算，片层间脱嵌和闭孔填充贡献的储钠理论容量分别为 279 mAh/g 和 248 mAh/g，共计约 530 mAh/g 的理论容量。

石墨储钠能力差，主要因为石墨材料层间距小，且钠难以在石墨中稳定插层。石墨层间距过小，而钠离子半径比锂离子大，因此难以嵌入石墨层间；另一方面，碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）和石墨形成插层化合物的形成能随离子半径的减小而增大，但 NaC6的形成能为正值，所以钠与石墨很难形成稳定的插层化合物，即插层过程热力学不平衡，因此在石墨中钠无法有效插层。

硬碳早期为锂离子电池负极材料所开发，首效等电化学性能有待提高限制了应用。硬碳负极材料比容量高，理论值约为 530mAh/g，但是存在首次库伦效率低、长循环稳定性不高和压实密度低的问题。同时由于硬碳基材料储钠机理本身存在严重争议，不利于开发一种高性能硬碳基储钠负极，这些都限制了硬碳的早期应用。早期硬碳主要在锂电负极材料中和石墨掺混使用，以提高快充和低温下的电池性能。

来源：中金