（报告出品方/作者：光大证券，王招华、马俊）
1、初窥无定形碳：是为何物？
1.1、石墨体系与无定形碳的区别
石墨主要有ABAB堆积的六方结构（2H或相）以及ABCABC堆积的菱形结构（3R或相），两种相石墨可以相互转换，机械处理等工艺可导致石墨中相组成比例增加，高温下退火处理会生成热力学更稳定的相。石墨以其具有的长程有序的堆叠结构与良好的电导性，较高的比容量，较好的循环性能，成为了商业化锂离子电池最常见的负极材料，其原料来源主要是沥青、石油焦和天然石墨，层间距大概在0.到0.34nm左右。无定形碳主要包括有硬碳和软碳，通常由随机分布的石墨化微结构、扭曲的石墨烯纳米片和上述微结构之间的孔隙组成，缺乏有序堆叠结构。其中软碳又称易石墨化碳，在°C以上的高温下会转变为石墨，晶体类似石墨但有序程度更低，短程有序的石墨化微晶结构有利于插层储钠。硬碳是非石墨化碳，即使加热至°C都难以石墨化，其结构高度无序，氧化还原电位较低，被认为是较为理想的钠离子电池负极材料。
1.2、钠离子电池碳负极材料的选择
石墨虽然本身具有较好的储锂比容量（mAh/g），也在锂离子电池领域发挥了重要作用，但由于钠离子半径较大，阻碍了充放电过程中钠离子的嵌入与脱出，使石墨不能成为钠离子电池合适的负极材料，人们也尝试多种方法来改善石墨的储钠性能，但目前结果都不尽满意。第一个方法是扩大石墨层的间距来提高其储钠性能，研究发现层间距为0.43nm的膨胀石墨，在5C倍率下循环次后比容量为mAh/g，容量保持率为73.92%，但从X射线衍射谱发现膨胀石墨中的有序结构遭到破坏，实质上是膨胀石墨的无定形化。它可以使更多的Na+可逆的在石墨中脱嵌，但这种还原氧化石墨依旧存在低ICE的问题（主要是由于难以避免的电解质分解以及还原氧化石墨片上Na+与含氧官能团之间的不可逆反应导致形成厚的SEI膜），同时Na+在还原氧化石墨中的储存机理仍不明确。另一种方法是通过调节电解液来改善石墨的储钠性能。在试验中发现碳酸酯电解液中无法形成稳定的钠-石墨插层化合物而限制了石墨的储钠性能，在醚基电解液中，溶剂化的钠离子虽然可以通过共插层形成Na-溶剂分子-石墨三元插层化合物的方式来间接储钠，但比容量低、储钠电势高、醚基溶剂抗氧化性与稳定性差容易与正极发生反应等问题依旧是石墨作为钠离子电池负极材料在实际应用中较难攻克的难题。另有研究表明，比Na离子半径更大的K离子可以在石墨中插层，同时可逆比容量能够达到mAh/g，且理论计算结果显示，碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）和石墨形成的插层化合物中只有Na不行，反映出石墨的层间距太小并不是钠离子无法在石墨中插层的原因，而是由于钠和石墨无法形成稳定的插层化合物，只有Na与石墨形成化合物的形成能为正值，而其他碱金属均为负值，表明Na-石墨化合物是热力学不稳定的，远不足以支撑其作为钠离子电池负极材料的商业化应用。
由于无定形碳具有更大的层间距以及无序的微晶结构，更有利于钠离子的嵌入脱出，也被研究者