· 定義與結(jié)構(gòu)

定義：硬炭是指難以被石墨化的碳，是通過(guò)熱解高分子聚合物、石油化工產(chǎn)品、生物質(zhì)等得到的熱解碳。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：硬炭由類(lèi)石墨的微晶結(jié)構(gòu)和開(kāi)口的角狀微晶組成，具有無(wú)定形部分為主的結(jié)構(gòu)。碳層有平面生長(zhǎng)趨勢(shì)，但大分子中的交聯(lián)結(jié)構(gòu)阻礙其平面方向生長(zhǎng)，只能在短程中出現(xiàn)碳層堆疊結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)程呈無(wú)序狀態(tài)。部分碳層無(wú)序堆積形成缺陷和孔洞，另一部分碳層呈無(wú)取向、相互交聯(lián)的石墨微晶結(jié)構(gòu)。

· 性能特點(diǎn)

高比容量：硬炭具有更多的儲(chǔ)鋰 / 鈉位點(diǎn)，鋰離子 / 鈉離子嵌入脫出的活性位點(diǎn)多，因此比容量較大，一般為 500-700mAh/g，高于石墨類(lèi)材料的理論比容量 372mAh/g。

良好的循環(huán)性能：硬炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在充放電過(guò)程中，有利于鋰 / 鈉離子的嵌入與脫出，而不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的顯著膨脹，具有很好的充放電循環(huán)壽命。

優(yōu)異的安全性能：硬炭的碳鋰電位能夠高于 0.2V，相比石墨化炭，充電成鋰化石墨反應(yīng)活性性高，一旦發(fā)生內(nèi)短會(huì)引起嚴(yán)重放熱反應(yīng)，產(chǎn)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，硬炭的安全性能更好。

良好的低溫適應(yīng)性：硬炭與 PC 電解液相容性更好，更適合在低溫下工作。

大倍率充放電性能好：*的微晶結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，使得鋰離子 / 鈉離子在硬炭中的擴(kuò)散速度較快，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充放電，大倍率充放電性能良好。

· 制備方法

原料選擇：制備硬炭的前驅(qū)體有多種，包括瀝青、生物質(zhì)、糖類(lèi)、酚醛樹(shù)脂、有機(jī)高分子聚合物等。不同前驅(qū)體制備的硬炭材料性能有所差異。

氧化固化：將硬炭前驅(qū)體在氧氣氛圍下進(jìn)行氧化固化或在氧化性溶液中進(jìn)行氧化固化，氧氣氛圍中氧氣的濃度一般為 99.9％以上，氧化性溶液包括雙氧水、高錳酸鉀溶液和王水等。

交聯(lián)固化：包括在酸性溶液中交聯(lián)固化和在堿性溶液中交聯(lián)固化，酸性溶液的 pH 一般小于 5，堿性溶液的 pH 一般為 9-12，先后順序可任意，之間一般還進(jìn)行水洗至中性。

碳化處理：將交聯(lián)固化后的產(chǎn)物在不與反應(yīng)體系發(fā)生反應(yīng)的保護(hù)氣氛下，如氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w中，進(jìn)行碳化處理，碳化處理的溫度一般為 1000-1600℃。

· 應(yīng)用領(lǐng)域

電池領(lǐng)域：是動(dòng)力型鋰離子電池和鈉離子電池的負(fù)極材料，能夠滿(mǎn)足下游應(yīng)用對(duì)電池能量和功率性能不斷提升的需求。

冶金工業(yè)：在冶金工業(yè)中用作還原劑和炭源，可以與金屬礦石一起加熱，通過(guò)還原反應(yīng)將金屬?gòu)牡V石中提取出來(lái)，還可作為炭源添加到鐵合金和其他合金的制備過(guò)程中。

化工領(lǐng)域：可用作化工原料的補(bǔ)充，例如在橡膠工業(yè)中作為填料使用，或者用于生產(chǎn)炭黑、顏料和染料等化學(xué)產(chǎn)品。

其他領(lǐng)域：硬炭經(jīng)過(guò)活化處理后可用作活性炭的原料，用于水處理、空氣凈化、脫色、催化劑載體等領(lǐng)域；還可作為固體燃料應(yīng)用于家庭取暖、工業(yè)加熱、燒烤和火力發(fā)電等領(lǐng)域。