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。
锂离子在负极材料的固态结构中有高的扩散率。常州正规硬碳
锂电池硬碳负极材料制成的锂电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，已经在消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇等交通领域逐步获得推广。同时，锂离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电源、通讯基站、工业节能、绿色建筑等能源领域也显示了较好的应用前景。
负极指电源中电位（电势）较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中写在左边。从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。
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锂离子电容器是一种应用前景广阔的电化学储能器件.目前,活性炭作为锂离子电容器正极被***使用.然而,锂离子电容器负极却有多种不同选择,如硬碳和软碳等碳材料.本文使用两种具有不同结构和电化学特性的硬碳和软碳材料作为锂离子电容器负极,进行了对比研究.研究表明,软碳相比于硬碳有更好的电子导电性和更高的可逆容量.通过在电流范围0.1~12A·g^-1下进行充放电测试,分别研究了两种碳基电极在不同涂覆厚度下的倍率性能.结果显示,硬碳电极在大电流下有更好的倍率特性.然后,以活性炭为正极,预嵌锂的硬碳和软碳为负极,锂片为锂源和参比电极,分别组装了三电极软包锂离子电容器.根据三电极充放电测试,分别研究了不同预嵌锂量的硬碳和软碳所组装的锂离子电容器的电化学性能.结果表明,合适的负极预嵌锂容量可以提升锂电容的能量密度、功率密度和循环稳定性.***,大容量硬碳和软碳基软包锂离子电容器被分别组装,软碳基锂电容实现了比较高的能量密度21.2Wh·kg^-1(基于整个器件质量),硬碳基锂电容实现比较高的功率密度5.1kW·kg^-1。
锂离子电池作为一种新型能源的典型**，有十分明显的优势，它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点，而且污染小，符合环保要求，已广泛应用于人们的日常生活中，如便携式电子产品、电动汽车、航空航天、储能等领域，成为全球经济发展的一个新热点。
锂离子电池的未来发展方向是高比容量、高充放电效率、高循环性能、高倍率、高安全性和低成本。高容量的主要途径是使用克容量更高的正、负极材料。目前，负极材料主要以石墨类材料为主，制程工艺相对成熟，但受结构特性制约，石墨负极材料克容量逐渐趋于极限值，倍率性能也已不能满足下游产品对电芯日益增长的性能要求；新兴硅负极的体积膨胀及循环稳定性差的问题也未得到有效解决，严重制约了其实际应用，短期内也很难有质的改善。寻找性能更为优良的碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。资源丰富、价格低廉，与电解质溶剂相容性好的新型负极材料将成为未来行业的发力点。
锂电池硬碳负极材料特点：即快速充电及大电功率放电;使用温度范围宽，低温容量衰减少。
通过对人造石墨的常温和低温性能测试，发现了人造石墨低温性能不佳的问题，针对该问题制备了人造石墨-硬碳复合负极材料用来改善锂离子电池的低温性能。采用扣式电池对不同比例的人造石墨-硬碳复合负极材料进行性能测试，结果表明，加入硬碳材料对电池的低温性能有明显改善，其中硬碳：人造石墨=3∶7的材料在-20℃时2C倍率的脱锂（负极半电池中锂离子从人造石墨中脱出）比容量为283.5mAh/g，具有比较好的综合性能。
通过对制备的3Ah磷酸铁锂电池性能测试表明，在-20℃时，以0.2C电流放电，电池的低温循环性能优异；相对于使用人造石墨负极的电池，采用复合负极的电池的放电容量保持率提升了12.3%，且电池具有良好的常温倍率性能和低温循环性能。电化学性能的测试结果表明该复合负极低温和倍率新能优异，具备良好的应用前景。
So ny 公司 于 1991 年开发了使用聚糠醇(P FA )热裂解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池。硬碳代理销售价格
硬碳材料在机械强度和结构稳定性方面展现出极大的优势，但是本征性质较脆且易碎。常州正规硬碳
锂电池硬碳负极材料的倍率性能被低估
科研思路分析
1.半电池在钠离子电池电极材料的评价中，并未受到过多的质疑。而本研究指出了半电池体系在对钠离子电池电极材料，尤其是对于硬碳材料评价中的天然缺点。这一发现对未来硬碳材料在钠离子电池中的研究具有指导意义。更为重要的是，该研究揭示了硬碳材料自身的高倍率性能，必将促进其未来的商业化。
2.对于硬碳材料在钠离子电池中的低倍率性能几乎达成共识，并认为这是由材料自身的结构决定的。学术界采用半电池体系对电极材料进行评价，该方法在硬碳材料的评价上并未受到质疑。然而，我们在前期对于钠离子电池的一些研究中发现，在半电池体系中，钠片作为对电极在高电流下的极化现象。考虑到硬碳材料接近钠金属标准氧化电位的低电压充放电平台，我们假想半电池中钠片的过电位会掩盖硬碳材料的高倍率性能。因此，我们采用了三电极体系对硬碳材料进行了评价。
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