电池负极材料碳基软碳硬碳

作为锂电池的另一种碳基负极材料，软碳硬碳可能大家接触的并不多。今天我们将介绍下软硬碳材料。

什么是软硬碳？

软碳：
又称易石墨化的碳，是指在2500℃以上高温下能石墨化的无定形碳。软碳材料也可细分为天然软碳和人工软碳、天然软碳可以用于制备电池材料和电极材料，人工软碳可以用于制备防静电材料等。

软碳电镜图

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硬碳：
硬碳是指难以被石墨化的碳，因其高的机械硬度而得名。是一种通过热解高分子聚合物、石油化工产品、生物质等得到的热解碳。由于前驱体中存在大量H、O、N等杂原子，阻碍了热处理过程中结晶区域的形成，导致其在2500℃以上的高温下也很难被石墨化。

常见的软碳类型有石油焦，沥青，碳纤维，碳微球等。
其结构有无定形结构，湍层无序结构，石墨结构三种。其中无定形结构嵌入大量锂，湍层无序结构嵌锂量低。

硬碳电镜图

常见的硬碳材料有树脂碳，有机聚合物热解碳，碳黑，生物质碳等。

二者区别：

压实密度

硬碳的压实密度低，通常在0.9-1g/cm³之间，而软碳的压实密度较硬碳高，通常在1.2 g/cm³左右。

硬度

硬碳的硬度较高，通常在910之间，而软碳的硬度较低，通常在12之间。

放电容量

硬碳>软碳。硬碳内部晶体排布杂乱无序，孔隙更多，且石墨片层间、封闭微孔、表面和缺陷位点都能储锂，所以容量较高。

充放电首效

软碳>硬碳；硬碳内外部比表面积大，成膜消耗锂源多，首次充放电副反应会多一些。

低温性能

硬碳低温性能优于软碳，硬碳可以抗住低温-50℃，软碳一般到-20℃

膨胀率

硬碳膨胀<软碳;硬碳机械强度高，且层间距大

电压滞后

软硬碳中包含一些残余的氢封端芳香族碎片，而锂离子会与这些位点结合，在这种情况下，从这些位置移除锂离子会使得电位向更高电压移动，从而导致电压滞后。

最后在引申说一点：

目前硬碳材料在钠电材料中正大展身手。商业化锂离子电池负极材料广泛使用的是石墨或石墨混合材料，但由于钠离子的半径比锂离子大，钠离子嵌入间距过小的石墨层间需要更大的能量，无法在有效的电位窗口内进行可逆脱嵌，因此石墨基本被纳电池pass。硬碳作为一种非晶态碳材料，其微观结构具有无序分布的类石墨层片、丰富的边缘和表面缺陷以及独特的纳米孔洞结构。作为钠离子电池负极材料时，硬碳在充放电过程中呈现出双电压区域特征：一个是在较宽电压范围的斜坡区（约1.1 V至0.1 V），另一个是低电压范围的平台区（约0.1 V至0 V）