综述：锂离子电池及生物质衍生碳作为电极材料的应用前景概述

这篇综述系统探讨了生物质衍生碳材料在锂离子电池(LIBs)中的应用潜力，重点分析了其作为可持续电极材料的优势（如高比表面积、可调孔隙结构）及挑战（规模化生产、性能优化）。文章整合了生物质碳化工艺、电化学性能指标，并对比了传统石墨阳极，为电动汽车(EVs)领域提供绿色储能解决方案。

　　

引言

随着化石燃料危机加剧，锂离子电池(LIBs)因其高能量密度成为电动汽车(EVs)的核心储能装置。然而，传统石墨阳极的理论容量局限(372 mAh g^-1)和石油焦原料的不可持续性，促使研究者转向生物质衍生碳材料——这类材料兼具农业废弃物转化潜力与优异导电性。

锂离子电池概述

LIBs通过锂离子在正负极间的穿梭实现充放电，其核心优势在于锂元素的低还原电位(-3.04V)和极小离子半径。早期"湿电池"已发展为全密封体系，但电极材料创新仍是突破能量密度瓶颈的关键。

生物质碳化工艺

热解碳化在缺氧条件下将木质纤维素转化为多孔碳，温度梯度(400-1200°C)直接影响产物孔隙率。例如，稻壳衍生碳在800°C时形成分级孔结构，使锂离子扩散速率提升30%。

电极性能比较

生物质碳的缺陷位点可额外储存锂离子，部分材料容量超500 mAh g^-1。但体积膨胀问题仍需通过掺杂(如氮掺杂)改善，这能同步提升导电性和结构稳定性。

电动汽车应用挑战

尽管铅酸电池成本低廉，但其能量密度(30-50 Wh/kg)远低于LIBs(250-300 Wh/kg)。生物质碳阳极的产业化需解决原料季节性波动和批次一致性难题。

未来方向

开发柔性LIBs适配可穿戴设备、探索硅-碳复合阳极、建立闭环回收体系将成为重点。芒果核衍生碳的最新研究表明，其特有的螺旋纤维结构可使循环寿命延长至2000次以上。

结论

生物质碳材料为LIBs提供了从"废弃物"到"高性能电极"的绿色路径，但跨学科合作仍是实现商业化应用的关键。