山西煤化所/清华AEM：用于下一代锂离子电池的硬碳负极

碳质材料由于具有最佳的整体性能，已被公认为锂离子电池（LIBs）的一个有前景的负极材料家族。在各种新兴的碳质负极材料中，硬碳最近在高能LIBs方面受到了极大的关注。

硬碳最吸引人的特点是丰富的微晶结构，这不仅有利于吸收更多的锂离子，而且有利于锂离子的嵌入和脱出。然而，由于初始库仑效率低、初始不可逆容量大和电压滞后等原因，硬碳材料的应用受到了严重的阻碍。为解决这些实际应用中的挑战，人们做出了许多努力。

中科院山西煤化所陈成猛、苏方远、清华大学张强等人介绍了硬碳材料的最新概况，重点介绍了硬碳材料的储锂原理和材料分类，以及目前面临的挑战和潜在的解决方案。还强调了硬碳在下一代电池中的实际应用前景。

作者首先总结了迄今为止之前报告中提出的硬碳结构模型，与已知的锂离子存储机制相关。进一步回顾了LIBs硬碳制备和优化策略的最新进展。这些开创性的工作为在前驱体的选择、制备参数、结构和形态特性以及所得硬碳的电化学性能之间建立牢固的关系提供了大量的知识来源。

图1 碳质材料在LIBs的诞生和发展过程中的重要发现

然而，在硬碳的实际应用之前，仍然面临一些需要考虑的挑战。目前硬碳负极的首效（ICE）不超过80%，远不能满足实际应用的需求。比容量和倍率性能也不够好，这是由于其具有无孔表面的本体结构。

因此，要满足硬碳在实际电池中的应用，主要挑战是如何在不放弃ICE的情况下提高可逆容量。基于上述考虑，作者介绍了精确结构控制和实际应用的未来战略方向：

1）前体的优化；

2）孔隙率和掺杂的优化；

3）开发先进的预锂化技术；

4）高级表征技术；

5）低电压下的容量开发；

6）发展快充潜力；

7）低温充电能力。

图2 硬碳的结构示意图

Hard Carbon Anodes for Next-Generation Li-Ion Batteries: Review and Perspective. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101650

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/23/d89b15c83a/