硬碳的制备及其储锂性能研究论文

1、定义不同

硬碳是指难以被石墨化的碳，是高分子聚合物的热分解。

软碳：经过热处理，易石墨化的炭。

2、形成条件

硬碳：将具有特殊结构的交联树脂在1000℃左右热分解可得硬碳。

软碳：达到石墨化温度后，材料具有较高的石墨化程度。热处理温度越高，其石墨化程度也就越高。目前工业生产的人造石墨，其石墨化程度通常低于90%。

扩展资料：

软碳石墨化可以得到人造石墨。一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨，如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。可用做电池负极材料，分类有：普通功率石墨电极抗氧化涂层石墨电极、高功率石墨电极、超高功率石墨电极。

低或非石墨化的硬碳也是动力型锂离子电池的负极材料，硬碳结构稳定且充放电循环寿命长，且碳锂电位能够高于，安全性能更好。可以克服石墨化炭充电成锂化石墨反应活性性高，一旦发生内短会引起严重放热反变，产生爆炸的风险。

参考资料来源：百度百科-人造石墨

参考资料来源：百度百科-软碳

参考资料来源：百度百科-硬碳

淀粉基硬碳是一种新型的负极材料，其首次放电效率较高。根据相关研究数据显示，淀粉基硬碳在常温下进行首次充放电时，其平均首次放电效率可以达到70%以上。这主要得益于淀粉基硬碳具有良好的导电性、储锂能力和稳定性等特点。此外，在制备过程中还采用了多种改进措施来提高其结构稳定性和循环寿命。需要注意的是，不同厂家生产的淀粉基硬碳材料可能存在差异，并且实际使用情况也会受到多种因素影响（如工作条件、充放电速率等），因此具体的首次放电效率可能会有所不同。

钢壳/铝壳系列：（1）电池上下盖（2）正极——活性物质一般为氧化锂钴（3）隔膜——一种特殊的复合膜（4）负极——活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）软包装系列（1）正极——活性物质一般为氧化锂钴（2）隔膜——PP或者PE复合膜（3）负极——活性物质为碳（4）有机电解液（5）电池壳——铝塑复合膜原理解构[1]锂系电池分为锂电池 和锂离子电池 。目前手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。目前手机等使用的锂离子电池，而真正的锂电池由于危险性大，没有应用于日常电子产品。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，每月在10%以下。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。没有环境污染，被称为绿色电池。充电是电池重复使用的重要步骤，锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段（指示灯呈红色或黄色）和恒压电流递减阶段（指示灯呈绿色）。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到0，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后，放电曲线会发生改变，锂离子电池虽然不存在记忆效应，但是充电不当会严重影响电池性能。锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。充电量等于充电电流乘以充电时间，在充电控制电压一定的情况下，充电电流越大（充电速度越快），充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当，同样会造成电池容量不足，实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电，这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。锂离子电池-种类[2][3]不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂－二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。1?锂－二氧化锰电池(Li?MnO2)锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(见上面举的例子)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%)；工作温度范围－20℃～+60℃。该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。可充电锂离子电池可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。现在手机已十分普遍，手机中一部分是镍氢电池，但灵巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。 锂离子电池的额定电压为(有的产品为)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的；阳极材料为焦炭的。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别，如图1所示。一般称为锂离子电池及锂离子电池。现在使用的大部分是的，锂离子电池的终止放电电压为～(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流，在使用中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求，工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的，它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如:充的锂离子电池，其允差为±)，过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议，并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为～1C（C是电池的容量，如C=800mAh，1C充电率即充电电流为800mA）。在大电流充电时往往要检测电池温度，以防止过热损坏电池或产生爆炸。锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充电，其充电特性如图2所示。这是一种800mAh容量的电池，其终止充电电压为。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压接近时，改成恒压充电，电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为1/10C(约80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器，过一定时间后结束充电)。 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。充电第一次充电，如果时间能较长，那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态，如此能增长电池使用寿命。[编辑本段]锂离子电池优缺点锂离子电池具有以下优点：1） 电压高，单体电池的工作电压高达，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍2） 比能量大，目前能达到的实际比能量为100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍于Ni-Cd，倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400 Wh/L3） 循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限 将倍增电器的竞争力.4） 安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。5） 自放电小，室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。6)可快速充放电，1C充电是容量可以达到标称容量的80%以上。7)工作温度范围高，工作温度为-25~45°C，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。锂离子电池也存在着一定的缺点，如：1） 电池成本较高。主要表现在正极材料LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难。2） 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在以下，只适合于中小电流的电器使用。3） 需要保护线路控制。A、 过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在的恒压下充电；B、 过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。摘要：综述了锂离子电池的发展趋势，简述了锂离子电池的充放电机理理论研究状况，总结归纳了作为核心技术的锂电池正负电极材料的现有的制备理论和近来发展动态，评述了正极材料和负极材料的各种制备方法和发展前景，重点介绍了目前该领域的问题和改进发展情况。材料电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。锂离子电池的机理一般性分析认为,锂离子电池作为一种化学电源，指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。锂离子电池是物理学、材料科学和化学等学科研究的结晶。锂离子电池所涉及的物理机理,目前是以固体物理中嵌入物理来解释的,嵌入（intercalation）是指可移动的客体粒子（分子、原子、离子）可逆地嵌入到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上。电子输运锂离子电池的正极和负极材料都是离子和电子的混合导体嵌入化合物。电子只能在正极和负极材料中运动[4][5][6]。已知的嵌入化合物种类繁多，客体粒子可以是分子、原子或离子．在嵌入离子的同时，要求由主体结构作电荷补偿，以维持电中性。电荷补偿可以由主体材料能带结构的改变来实现，电导率在嵌入前后会有变化。锂离子电池电极材料可稳定存在于空气中与其这一特性息息相关。嵌入化合物只有满足结构改变可逆并能以结构弥补电荷变化才能作为锂离子电池电极材料。控制锂离子电池性能的关键材料——电池中正负极活性材料是这一技术的关键，这是国内外研究人员的共识。1 正极材料的性能和一般制备方法正极中表征离子输运性质的重要参数是化学扩散系数,通常情况下，正极活性物质中锂离子的扩散系数都比较低。锂嵌入到正极材料或从正级材料中脱嵌，伴随着晶相变化。因此，锂离子电池的电极膜都要求很薄，一般为几十微米的数量级。正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂离子的临时储存容器。为了获得较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化合物。正极材料应满足：1）在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；2）温和的电极过程动力学；3）高度可逆性；4）全锂化状态下在空气中的稳定性。研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物及复合两种M（M为Co，Ni，Mn，V等过渡金属离子）的类似电极材料上。作为锂离子电池的正极材料，Li+离子的脱嵌与嵌入过程中结构变化的程度和可逆性决定了电池的稳定重复充放电性。正极材料制备中，其原料性能和合成工艺条件都会对最终结构产生影响。多种有前途的正极材料，都存在使用循环过程中电容量衰减的情况，这是研究中的首要问题。已商品化的正极材料有Li1－xCoO2（01000次循环寿命 (100%DOD):>200次其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见，可充电次数和放电深度有关，10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还是要比较好一些，但前面网友的那个说法要做一些修正：在正常情况下，你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电，但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候，就应该及时开始充电，当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传甚广的一个说法，就是“尽量把电池的电量用完”。这种做法其实只是镍电池上的做法，目的是避免记忆效应发生，不幸的是它也在锂电池上流传之今。曾经有人因为手机电池电量过低的警告出现后，仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的手机在后来的充电及开机中均无反应，不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低，以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。个人建议手机电池的电量保持在满格的状态，当电量不满的时候就开始充电，2-3小时以内为宜。锂离子电池按电解液分可以分成液态锂离子电池和聚合物锂离子电池，聚合物锂离子电池的电解液是胶体，不会流动，所以不存在泄漏问题，更加安全。

软碳是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定型碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低、与电解液的相容性好。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。 硬碳是高分子聚合物的热解碳。这类碳在 2500℃以上的高温也难以石墨化，常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醛 PFA-C 等)、有机聚合物热解碳(PVA、PVC、PVDF、PAN 等)、碳黑(乙炔黑)。

淀粉基硬碳首次放电效率取决于其组成，淀粉基硬碳是由淀粉和炭元素组成的一种复合材料，它具有良好的电化学性能，其首次放电效率可高达95％左右。同时，淀粉基硬碳的比容量也比普通碳材料高，达到450-800 mAh/g。此外，淀粉基硬碳具有良好的稳定性和循环性，其循环寿命可达几百次。