中国粉体网讯 钠离子电池在规模化储能、低速电动车辆动力电池等领域具有广泛的应用前景。硬碳是当前主流的钠离子电池负极材料，具备低成本、结构和性能稳定的优势，但仍存在首次库伦效率低和倍率性能较差的问题。同时目前对硬碳储钠机制复杂，仍未统一定论。因此深入了解硬碳微纳结构、界面性质与储钠性能之间的构效关系对高性能硬碳开发具有重要意义。
硬碳是指在高达2500℃高温下也不会石墨化的碳基材料，内部主要由石墨微晶层、无定型网络、纳米孔隙和缺陷位点构成。其约0.37~0.40 nm的较大层间距和丰富的纳米级孔隙，为粒径较大的钠离子提供了便利的扩散通道与储存空间，通过层间嵌入和孔隙填充等多重储钠机制，可实现约300~350 mAh/g的比容量，是钠离子电池理想的负极材料。
硬碳材料离子储存机理
当硬碳材料作为钠离子电池负极活性物质时，钠离子的存储并非通过单一途径完成，而是多种方式共同作用的结果。目前主流的机理主要包括“插入-填充”机制、“吸附-插入”机制、“吸附-填充”机制和“吸附-插入-填充”机制。尽管这些机制存在差异，但均强调了闭孔结构在储钠过程中的关键作用。其中，“吸附-插层-孔隙填充”是比较认同的钠离子储存机理，这一协同作用更能全面描述硬碳的储钠行为。
吸附发生在表面、边缘和开放缺陷处，由活性位点快速捕获钠离子；插层发生在类石墨微晶层间，硬碳的较大层间距使钠离子得以嵌入；孔隙填充则发生在封闭孔洞中，此阶段电位极低，趋近于0V（vs. Na+/Na）。越接近金属钠析出电位，Na+就越易变成金属钠——这正是钠沉积这一主要安全隐患的根源所在。平台区既是高容量的来源，也是安全隐患的温床。大电流和低温条件下，转化势垒导致钠更难进入孔洞，局部电位跌破0V的风险随之上升。储钠与镀钠之间，存在着一场微妙的竞争。
硬碳面临的挑战也正源于此。首次库伦效率方面，SEI膜的形成不可逆，厚且不均匀的SEI层以及“死钠”现象都会降低可逆容量。快充性能方面，平台区因转化势垒难以快速响应离子，需重点关注界面结构与石墨微晶。低温性能方面，离子传输动力学大幅衰减，加上转化势垒的存在，钠离子更难进入孔洞，平台区容量显著降低。
针对这些问题，调控思路大致沿两个层面展开。一是通过表面石墨化、构建有序通道等界面工程，降低钠离子在无序碳结构中的迁移阻力，改善电极动力学。二是平衡闭孔与开孔，构筑富无机成分（如NaF）的薄而均匀SEI膜，抑制电解质分解，促进钠离子均匀沉积；同时引入内嵌第二相，与碳原子形成强配位，稳定碳骨架结构。这些策略的共同指向，是硬碳微观结构、界面性质与储钠/钠沉积行为之间的构效关系。
2026年10月30日，中国粉体网联合柏德英思展览（上海）有限公司将在上海举办“2026第三届钠离子电池材料技术研讨会”。本届大会聚焦正负极材料创新、钠离子电池产业化应用等核心议题，配套全产业链展位展示与精准供需对接。届时，来自扬州大学“青年百人”特聘教授黄士飞将带来《硬碳在储钠及调控钠沉积中的应用与机理研究》的报告。
嘉宾介绍：
黄士飞，扬州大学“青年百人计划”特聘教授/硕导。曾获河北省优秀博士学位论文，深圳市优秀科技创新人才专项资助；兼任中国颗粒学会青年精英委员会委员、新加坡Viser学术专家委员会委员,《eScience》、《Exploration》、《Carbon Neutralization》、《Batteries》、《Information &Functional Materials》、《Journal of Energy Storage》、《Electrochemical Acta》等SCI期刊青年编委、审稿人和电池专题咨询专家。现阶段主要从事高能锂钠电池正负极材料、电解液设计开发，锂/钠金属电池电极界面稳定化策略研究与应用等。近年来发表Adv.Funct.Mater、EnSM、Adv.Sci等高水平SCI论文40余篇；授权/申请国家发明专利十余项；主持/参与国家、省市级等科研项目十余项。
参考来源：
何宣龙《硬碳微结构调控及其储钠性能研究》
刘琳静等《钠离子电池碳基负极材料研究进展》
（中国粉体网编辑整理/乔木）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
