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碳質材料由于具有最佳的整體性能，已被公認為鋰離子電池（LIBs）的一個有前景的負極材料家族。在各種新興的碳質負極材料中，硬碳最近在高能LIBs方面受到了極大的關注。

硬碳最吸引人的特點是豐富的微晶結構，這不僅有利于吸收更多的鋰離子，而且有利于鋰離子的嵌入和脫出。然而，由于初始庫侖效率低、初始不可逆容量大和電壓滯后等原因，硬碳材料的應用受到了嚴重的阻礙。為解決這些實際應用中的挑戰，人們做出了許多努力。

中科院山西煤化所陳成猛、蘇方遠、清華大學張強等人介紹了硬碳材料的最新概況，重點介紹了硬碳材料的儲鋰原理和材料分類，以及目前面臨的挑戰和潛在的解決方案。還強調了硬碳在下一代電池中的實際應用前景。

作者首先總結了迄今為止之前報告中提出的硬碳結構模型，與已知的鋰離子存儲機制相關。進一步回顧了LIBs硬碳制備和優化策略的最新進展。這些開創性的工作為在前驅體的選擇、制備參數、結構和形態特性以及所得硬碳的電化學性能之間建立牢固的關系提供了大量的知識來源。

圖1 碳質材料在LIBs的誕生和發展過程中的重要發現

然而，在硬碳的實際應用之前，仍然面臨一些需要考慮的挑戰。目前硬碳負極的首效（ICE）不超過80%，遠不能滿足實際應用的需求。比容量和倍率性能也不夠好，這是由于其具有無孔表面的本體結構。

因此，要滿足硬碳在實際電池中的應用，主要挑戰是如何在不放棄ICE的情況下提高可逆容量。基于上述考慮，作者介紹了精確結構控制和實際應用的未來戰略方向：

1）前體的優化；

2）孔隙率和摻雜的優化；

3）開發先進的預鋰化技術；

4）高級表征技術；

5）低電壓下的容量開發；

6）發展快充潛力；

7）低溫充電能力。

圖2 硬碳的結構示意圖

Hard Carbon Anodes for Next-Generation Li-Ion Batteries: Review and Perspective. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101650

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