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硬碳有什么特点?

发表时间:2022-08-24 15:57作者:青海天蓝新能源新材料有限公司

硬碳的特点:

硬碳在热解过程中,碳层有平面生长的趋势,但大分子中的交联结构阻碍其平面方向生长,因此,硬碳中的碳层不能无限延伸生长为类似石墨的片层结构,只能在短程中出现碳层堆叠结构,长程则呈无序状态。硬碳结构以无定形部分为主,由于部分碳层无序堆积,出现缺陷和孔洞,而另一部分碳层呈石墨微晶结构,这些石墨微晶没有取向,相互交联。有研究者认为,前驱体的分子量对热解后形成硬碳的微观结构有影响,随着分子量的增加,硬碳的石墨化程度逐渐变高,比表面积逐渐变大。

硬碳相对于石墨层间距大,微孔多,对应地锂离子嵌入脱出储锂活性位点多,具有更大的比容量。而且硬碳与PC电解液相容性更好,更适合低温下工作。另外,硬碳也具有大倍率充放电性能好,循环寿命长等优点。

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目前硬碳的储锂机制并没有统一结论。有研究者提出了一种“纸牌屋”的结构模型来解释硬碳具有较高嵌锂容量的原因。研究人员利用环氧树脂作为碳源,邻苯二J酸酐作为固化剂,通过控制热解处理条件,得到了一系列的硬碳材料。根据X射线衍射技术和电化学测试表征结果,研究者认为硬碳材料中含有许多由单层石墨烯片围成的纳米微孔,其孔径仅有1.5nm左右,这些单层的石墨烯片组成了像纸牌屋的构型,Li+吸附在这些单层石墨烯片的表面,并可以在其中可逆地进出,随着单层石墨烯片的增加,其嵌锂容量也会随之变大。还有研究者通过HX-PES分析研究硬碳储锂机制。研究发现,碳层间及微孔中均有锂存在。当电荷状态(SOC<70%),锂离子插入碳层间;当电荷状态(SOC>50%),锂粒子簇进入微孔中,呈半金属态。微孔尺寸不一样,粒子簇尺寸也不均一。

虽然硬碳的特殊结构使其容量高,倍率性能好,但也存在一些缺点,如首周库伦效率低,振实密度低和电压化严重。

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