导读
本文通过湿式合成法将软碳和硬碳的前驱体进行复合，开发了一种新型的复合碳锂离子电池负极材料。考察了其克比容量、库仑效率、倍率性能以及循环稳定性。用X射线粉末衍射（XRD）、拉曼、扫描电镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）对所制备的复合碳材料的结构和表面形貌进行表征。
文
潘广宏 等，
（北京低碳清洁能源研究所等）
引言
自19世纪90年代以来，碳材料就被广泛应用于锂离子电池。碳负极材料主要有结晶型碳（如天然石墨和人造石墨）和无定形碳（如软碳和硬碳）。由于石墨具有规则层状结构和优异导电性，其理论比容量为372 mA·h/g，且嵌入和脱出电位低于0.25 V，已经成为锂电池负极的主要材料。然而，在大电流充放电时，石墨负极的锂离子扩散系数较低，导致其倍率性能较差，且其体积膨胀率较高等缺点限制了其在动力锂电池中应用。
目前应用最广泛的高功率负极材料主要有钛酸锂和无定形碳两种，其中，钛酸锂的能量密度低、成本高等缺点限制了其发展。由于无定形碳材料的层状结构有序性较差导致锂离子的扩散速率比较快，且与电解液兼容性好，因而具有较高的倍率性能。因此，开发满足电动车、调频及分布式储能市场的高功率无定形碳材料成为世界各国科学家的研究热点。
无定形碳材料主要包括软碳和硬碳。软碳的晶格生长方向与石墨一致，在高温下可以石墨化，而硬碳的无定形程度更高，即使在高温下（>2800 ℃）也很难石墨化。JUNG-SIK[8]研究了以煤基沥青为前驱体制备无定形碳，可逆容量220 mA·h/g。PIOTROWSKA等[9]研究了以各种树脂（包括 PAN、PET、PFA、PF、木质素、纤维素等）为前驱体来制备硬碳的优缺点。NAOTO等和HIDEHIKO 等将不同的碳质前驱体包覆在石墨的表面，降低了不可逆容量。本文采用煤基沥青和酚醛树脂为原料分别制备软碳和硬碳材料，并进一步将软碳和硬碳的前驱体液相混合、碳化成功制备软/硬碳复合材料，并作为锂电池负极着重研究其电化学性能，为开发新型高功率负极材料奠定一定研究基础。
目录
一、实验部分
1.1软/硬碳复合材料的制备
1.2物性表征
1.3电化学表征
二、结果与讨论
2.1 XRD结果
2.2拉曼结果
2.3 SEM结果
2.4 TEM结果
2.5 电化学表征与结果
三、 结 语
煤基沥青制成的软碳的容量和库仑效率比酚醛树脂制成的硬碳高，然而其倍率性能较之弱，通过湿式合成法将二者进行复合，可以得到在保持高的容量和库仑效率的前提下，倍率性能得到大幅度提升的软/硬复合碳锂离子电池负极材料。
（1）复合碳的克比容量可达240 mA·h/g，高于软碳约10%；库仑效率为82%，与软碳相当；复合碳2C/0.2C的容量保持率为64.2%，比硬碳高约6%；5C容量保持率为38.4%，比硬碳高约10%，倍率性能优异。
（2）2/1复合碳倍率性能优于1/1复合碳，比容量和库仑效率均相当；1/1复合碳与同比例的机械混合碳相比倍率、比容量和库仑效率均优异。
（3）复合碳在经历5C高倍率充放电之后，恢复0.2C小电流充放电后容量保持率可达约99.8%，循环稳定性很好。
（4）电化学表征结果可以反推出软碳和硬碳在复合过程中有协同效应，不只是简单的机械共混。XRD、拉曼以及TEM的表征结果均印证了这一结论。
文章来源
潘广宏，赵永彬，张开周，康利斌，唐 堃. 高功率锂离子电池软/硬复合碳负极材料[J]. 储能科学与技术, , 6(1): 94-100.
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