低成本沥青的分子氧化交联工程：用于高性能钠离子电池的硬质碳阳极

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Molecular Oxidative Cross-Linking Engineering of Low-Cost Pitch to Hard Carbon Anodes for High-Performance Sodium-Ion Batteries

钠离子电池负极材料通过钙 gluconate 分子交联与预氧化协同调控，抑制碳化过程中结构坍塌，形成封闭孔隙和大层间距结构，实现高容量（30 mA g?1下总容量345.4 mAh g?1，3 A g?1时226.7 mAh g?1）和全电池高能量密度（204 Wh kg?1）。

　　

目前，由沥青衍生出的硬碳（HC）材料被认为是钠离子电池（SIBs）中很有前景的负极材料。然而，通过简单方法合理调控基于沥青的HC微观结构（包括层间距和封闭孔隙）仍然面临巨大挑战。因此，首次提出了一种结合葡萄糖酸钙分子交联和预氧化的策略，以抑制碳化过程中的沥青熔化和碳原子重排。该策略促进了石墨状软碳向高度无序的硬碳的转变，形成了大量封闭孔隙和较大的层间距。经过优化的PCHC-300负极在30 mA g^–1电流下分别具有345.4 mAh g^–1的总容量和202.7 mAh g^–1的平台容量；即使在3 A g^–1的电流下，其比容量仍高达226.7 mAh g^–1，优于大多数已报道的沥青衍生硬碳材料。此外，通过原位和体外测量等多种尺度微观结构分析表明，低电压平台容量源于Na⁺在PCHC-300负极中的嵌入以及封闭孔隙的填充。组装完成的全电池在21.4 W kg^{–1–1的高能量密度。这项工作为设计低成本、高性能的基于沥青的HC负极，以应用于实际钠离子电池提供了新的思路。}