非石墨類碳負極材料

2020/06/06

目前,非石墨類碳負極材料主要分為軟碳和硬碳,沒有明顯的面衍射峰,均為無定形結構,由石墨微晶和無定形區組成,無定形區中存在大量的微孔結構,微孔可作為可逆貯鋰的倉庫,可逆容量在合適的熱處理條件下,均大于372mAh/g，有的甚至超過1000 mAh/g。

軟碳

軟碳即易石墨化碳，是指在2000℃以上的高溫條件下能石墨化的無定形碳。結晶度低，晶粒尺寸小，晶面間距較大，與電解液的相容性好。首次充放電的不可逆容量較高，輸出電壓較低，無明顯的充放電平臺電位。常見的軟碳有石油焦和針狀焦等。

軟碳不直接用作負極材料，是制造人造石墨的原料，或者作為包覆材料改行天然石墨、合金等負極材料。

硬碳

硬碳又稱為難石墨化碳，是高分子聚合物的熱解碳，這類碳在3000℃的高溫也難以石墨化。硬碳有樹脂碳、有機聚合物熱解碳、碳黑。

聚糠醇樹脂碳已經被日本索尼公司用作鋰離子負極材料，比容量可達400 mAh/g，其晶面間距適當，有利于鋰的嵌入而不會引起結構顯著膨脹，具有很好的充放電循環性能。


鋰嵌入無定形碳材料中，首先嵌入到石墨微晶中，然后進入石墨微晶的微孔中。在脫嵌過程中，鋰先從石墨微晶中發生嵌脫，然后才是微孔中的鋰通過石墨微晶發生嵌脫，因此鋰在發生嵌脫的過程中存在電壓滯后現象。

沒有經過高溫處理，碳材料中殘留有缺陷結構，鋰嵌入時與這些結構發生反應，導致首次充放電效率低，此外，缺陷結構在循環時不穩定，容量隨著循環的進行而衰減。