硬碳材料的结构与储锂机理
低温下，锂在硬碳表面上可分为类金属态锂和离子态锂两种状态。但在240K以上时，这两种状态则无法区分。在硬碳表面,锂的嵌人进程伴随着锂与硬碳的电荷传导直到200mAh/g的锂嵌入，随后锂的嵌入只伴随着很少的电荷传导。在硬碳表面,嵌锂的机理很复杂。第一步首先是类金属态的锂降低了已嵌入锂的排斥力；第二步则由于层间形成的小裂缝中存在一些提高的吸引力使得类金属态的锂可以继续嵌入。第二步的现象与微孔填充很相似。在2nm以下的微孔结构中，硬碳物理吸附气相分子的总量由于表面重叠(微孔填充)而得到增加，所吸附的分子就像是在高压下所表现的状态一样。为了能够吸附类金属态的锂，小于2nm的微孔结构正是我们所需要的。我们可以设想一种层间距为0.523nm的含离子态锂和类金属态锂的碳层，在层间形成的小裂缝中吸附了锂，吸附的锂所承受的吸引力与GLi产生的相同。在这种情况下，硬碳可达到石墨的3倍可逆容量，即900mAh/go。
可以满足电动车锂电池大功率充放电的要求。硬碳产品的优势所在
北京理工大学吴锋院士团队的吴川教授和白莹教授研究小组与美国阿贡国家实验室陆俊教授（共同通讯）在国际知名期刊AdvancedEnergyMaterials上发表了题为HighCapacityAnodes”的研究论文。该论文采用静电纺丝技术制备磷功能化的硬碳材料，这一材料比表面积低、电压平台也很低，能够得到较高的脱钠容量和能量密度，首周容量高达393.4mAhg-1，100周循环后容量保持率为98.2%。与N相类似，P也能够掺杂到碳中，作为给电子体使费米能级向导带偏移，但其原子半径明显大于N，很难实现真正意义上的掺杂即P很难进入并占据石墨的晶格位点，事实上，P更倾向于与C或O成键。在之前的研究中，美国俄勒冈州立大学的纪秀磊等曾采用传统的蔗糖燃烧法合成P掺杂的硬碳（并证实P是以POx的形式存在。吴锋团队在Adv.EnergyMater.的这项工作中采用静电纺丝法制备前驱体，再经过高温煅烧得到硬碳材料，这一方法保证了P混入的均匀性并得到特殊的类“蜂窝煤”形貌；为深入理解磷功能化硬碳材料的储钠机理，研究团队还基于密度泛函理论（DFT），采用***性原理计算了P对Na的吸附能以及态密度（DOS），表明磷功能化硬碳材料表现出的超高比容量主要是由于磷在石墨层间形成的P=O和P-C键增强了Na的吸附。
青岛硬碳***选择硬碳作为锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池负极材料结构稳定。
现在工业上广泛应用的是人造石墨，但其372mAh/g的容量过低.越来越不能满足要求,而且脆弱结构会导致很有限的稳定性，对电解液也高度敏感。
因而,人们把注意力转移到其他碳材料上，例如软碳、硬碳。硬碳以其无规排序所具有的较高容量、低造价和优良循环性能引起了人们的极大兴趣。Sony公司3于1991年开发了使用聚糠醇（PFA）热裂解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池。但是其不可逆容量过大，放电电压过高导致放电充电曲线滞后。
硬碳具有嵌钮容量大，造价低，循环寿命长等优点，是制备高安全性锂离子电池负极潜 在的优良材料。介绍了硬碳材料的结构、特，性及其用途，并综述了硬成材料改性的研究发展。
锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度，***应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。然而，锂资源相对较少且分布不均，人们迫切需要寻求***、低成本的可替代储能器件。例如：镁离子电池、钙离子电池、铝离子电池、钠离子电池、钾离子电池（PIBs）等。其中：i）钾（K）资源储量丰富，成本较低；ii）K+/K（-2.93Vvs标准氢电极（SHE））的氧化还原电位非常接近Li+/Li（-3.04VvsSHE），这意味着PIBs具有较高的电压平台和能量密度，因此受到研究者们的***关注。但是，较大的K+半径（1.38Å）使得K+插入/脱出电极的过程变得困难，从而导致PIBs循环稳定性差、容量较低。因此，亟需研制具有优异结构稳定性的PIBs负极材料。硬碳有利于锂离子的扩散，该特性能够改善电池的低温和倍率性能。
硬碳材料的结构与储锂机理
***不可逆容量较大是阻碍硬碳在锂离子电池上大规模商业化使用的主要原因。XingWeibing等°。〕对从蔗糖制取的硬碳具有较大不可逆容量有以下两方面的解释;(1)锂与电解液反应生成固体电解质(SEI)膜消耗了锂；(2)锂与吸附在硬碳纳米微孔中的杂质反应消耗了锂。锂与电解质的反应是无法避免的，除非两者不直接接触。正是这个电极表面的反应形成了SEI膜,此反应会导致50mAh/g的不可逆容量。而第二个原因通常会导致150mAh/g的不可逆容量。Be'guinF等口口进一步指出,是硬碳表面活性面积(ASA)而不是传统认为的BET比表面积与硬碳不可逆容量呈线性关系。这是因为BET比表面积只是一个由硬碳表面物理吸附氮气量所决定的几何参数。而SEI膜的形成产生的大量热量与表面的活性点数量息息相关。ASA对应的是硬碳表面的各种缺点〈堆积缺点，单个或多个空穴及断层)的累积面积。正是这些缺点吸附了大量锂离子，造成了硬碳过高的不可逆容量。因此,ASA是解释硬碳不可逆容量的通用参数。
特别是针对车用动力锂离子电池领域，硬炭材料有其独特的优势。连云港正规硬碳
层间与空间中装载锂离子。硬碳产品的优势所在
从上世纪70年代后期，全球对蓄电池的需求日益增加，80年代中期，对具有高能量密度的蓄电池的需求越来越旺盛。在这样的背景下，镍氢电池和锂电池在90年代初期应运而生。然而，金属**物太重了，锂看起来很有前景。但是，金属锂正极在循环性能和安全问题等方面有缺点。从而，科学家开始尝试锂/碳合金，阴极锂看起来可行。
1991年，索尼在世界上首先将锂电池推向市场，软碳被用作负极的活性物质，但软碳存在循环性能恶化等问题。于是，为提高能量密度，科学家们开始采用硬碳代替软碳。硬碳锂离子电池在能量密度上有些落后于石墨电池。但它在循环寿命、漏极能力、对快速充电的可容许性等性能上超过了后者。而这些性能对于混合动力汽车直观重要，许多汽车制造商正尝试在混合动力汽车上采用硬碳锂离子电池。硬碳产品的优势所在
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