鈉離子電池作為一種新型的儲(chǔ)能技術(shù)，陽極材料的選擇對(duì)電池的性能和壽命至關(guān)重要。在陽極材料的選擇中，硬質(zhì)碳陽極和石墨陽極是兩種常用材料。本文比較了硬質(zhì)碳陽極和石墨陽極的優(yōu)點(diǎn)，分析了它們?cè)阝c電池中的適用性。

 

硬質(zhì)碳陽極的優(yōu)點(diǎn)

硬質(zhì)碳陽極是一種通過高溫?zé)峤馍a(chǎn)的碳材料，由于其開孔結(jié)構(gòu)、高比表面積和良好的導(dǎo)電性，在電池中得到了廣泛的應(yīng)用。與石墨陽極相比，硬碳陽極的主要優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：

 

比容量更高

硬碳陽極具有更高的比容量，即每單位質(zhì)量的材料可以儲(chǔ)存更多的鈉離子。這一特性允許硬碳陽極在相同體積中存儲(chǔ)更多電荷，從而提高電池的能量密度。

更好的循環(huán)穩(wěn)定性

由于硬碳的開孔結(jié)構(gòu)可以容納更多的鈉離子，因此在充電/放電過程中電極的膨脹/收縮更加均勻，從而提高了硬碳陽極的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。

更低的成本

與石墨相比，硬碳陽極的生產(chǎn)成本更低，原料更容易獲得，這使得硬碳陽極在鈉電池的生產(chǎn)中成本更低，市場(chǎng)競爭力更強(qiáng)。

 

 

石墨陽極的優(yōu)點(diǎn)

石墨是一種天然碳材料，由于其高導(dǎo)電性和高化學(xué)穩(wěn)定性，也被廣泛用于電池。與硬質(zhì)碳陽極相比，石墨陽極的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

 

比電導(dǎo)率更高

石墨具有更高的比電導(dǎo)率，可以更快地傳輸電荷，這意味著石墨陽極可以支持更高的充電速率和更快的充電/放電響應(yīng)，從而增加鈉電池的輸出功率。

更好的物理穩(wěn)定性

與硬質(zhì)碳陽極相比，石墨陽極具有更好的物理強(qiáng)度和穩(wěn)定性，因此不易變形和碎裂，從而提高了電池的安全性和使用壽命。

 

硬質(zhì)碳陽極與石墨陽極——哪一種更適合鈉電池？

總的來說，硬碳陽極和石墨陽極都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此選擇哪種材料作為鈉電池的陽極需要考慮多個(gè)因素。一般來說，如果需要更高的能量密度和更好的循環(huán)穩(wěn)定性，則硬碳陽極更合適。如果需要更高的輸出功率和更好的物理穩(wěn)定性，石墨陽極更合適。

此外，還需要考慮材料成本和可持續(xù)性等因素。如前所述，硬碳陽極的生產(chǎn)成本更低，原料更容易獲得，因此在生產(chǎn)過程中更具可持續(xù)性。因此，在一些追求低成本和可持續(xù)性的應(yīng)用場(chǎng)景中，硬碳陽極可能更有優(yōu)勢(shì)。

需要指出的是，硬碳陽極和石墨陽極的選擇并不是非此即彼的關(guān)系，而是需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求進(jìn)行綜合考慮。例如，在一些要求苛刻的應(yīng)用中，硬碳陽極可以與石墨陽極結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更好的電池性能。

 

硬質(zhì)碳陽極合成工藝簡介

與鋰離子高爾夫球車電池、鋰離子摩托車電池等鋰離子電池的合成陽極材料石墨不同，硬碳陽極的合成需要經(jīng)過芳構(gòu)化、縮聚、石墨層形成、石墨層生長、片狀生長堆疊等過程。

人造石墨主要使用針狀焦、石油焦、瀝青等化工原料。在碳化過程中，這些原料可以在較寬的溫度范圍內(nèi)以熔融狀態(tài)出現(xiàn)，從而使碳層重新排列，形成長程有序的片狀結(jié)構(gòu)。

用于硬碳陽極的有機(jī)前體大多具有含有氧、硫和氮等基團(tuán)的支鏈結(jié)構(gòu)。在碳化過程中，交聯(lián)形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不利于碳層的重排，因此不可能形成長程有序的石墨片結(jié)構(gòu)。用于硬碳陽極的前驅(qū)體原料主要是生物質(zhì)、樹脂和聚合物前驅(qū)體。

 

 

硬質(zhì)碳陽極的各種工藝路線

目前，常用的硬質(zhì)碳陽極前驅(qū)體主要是生物基聚合物材料，如毛竹、椰子殼、淀粉、核桃殼等。同時(shí)，也可以使用無煙煤、瀝青、酚醛樹脂等化學(xué)原料。

不同前驅(qū)體得到的硬質(zhì)碳陽極產(chǎn)品性能差異顯著，原料來源不同，成本結(jié)構(gòu)也有顯著差異。硬碳陽極工藝是多通道并行的，陽極公司各顯神通。

Kuraray使用的硬碳陽極前體是椰子殼，一種生物質(zhì)材料。中國傳統(tǒng)十大陽極生產(chǎn)商BTR、杉杉、新華、深科的硬碳陽極工藝包括生物基材料、樹脂基材料和瀝青基材料，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的專利布局。

BEST GRAPHIET是一家以Kuraray為基準(zhǔn)的硬碳陽極公司，專注于從葡萄糖、淀粉、木質(zhì)素和椰子殼等生物質(zhì)材料中制備硬碳材料。袁立使用的原料有：竹子、椰子殼和稻殼。SQ集團(tuán)使用吸管。

 

主流硬質(zhì)碳陽極前驅(qū)體的利弊比較

椰子殼生物質(zhì)材料是最早工業(yè)化的硬質(zhì)碳陽極前驅(qū)體之一。這種材料在自然界中廣泛存在，雜質(zhì)較少，本身強(qiáng)度較高，可以為硬質(zhì)碳陽極產(chǎn)品帶來穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。然而，中國目前生產(chǎn)硬碳陽極的椰子殼原料供應(yīng)不足，需要依賴進(jìn)口。