无定形炭通常是指呈现石墨微晶结构的碳材料，包括软炭和硬炭两种。软炭的微晶排列规则，多以平行堆砌为主，经过℃以上高温处理后容易转化为层状结构，也称为易石墨化炭。石油焦和沥青炭均属于软炭。硬炭的微晶排列不规则，微晶之间存在较强交联，即使经过高温处理也难以获得晶体石墨材料，也称为不可石墨化炭。制备硬炭的原料主要有酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇、聚乙烯醇等，以及葡萄糖和蔗糖等小分子有机物。硬炭和软炭材料主要用于动力锂离子电池。
无定形碳结构无定形炭的可逆储锂研究很多，主要有Li分子机理、多层锂机理、晶格点阵机理、弹性球弹性网络模型、层边缘表面机理、纳米级石墨储锂机理、碳锂氢机理、单层墨片机理、微孔储锂机理，下面综合上述机理进行讨论。
无定形炭主要由石墨微晶和无定形区域构成。无定形区域由微孔、sp杂化碳原子、碳链以及官能团等构成，它们在微晶的小石墨片边缘，成为大分子的一部分。对于软炭有四种储锂位置，分为三种形式，如下图所示。
不同温度制备无定形炭的储锂位置示Ⅰ型为单层碳层表面和微晶基面表面的储锂位置，锂离子发生部分电荷转移，对应充电电压为0.25~2V。
Ⅱ型为类似石墨层间储锂位置，锂离子嵌入大层间距的六角簇中，对应充电电压为0~0.25V。
Ⅲ型为两个边缘六角簇间隙储锂位置，锂离子嵌入电压接近0~0.1V，脱出电压约为0.8~2V，表现出很大滞后。
Ⅲ*型为六角平面被杂原子演变而来的缺陷储锂位置，类似于Ⅲ型。
软炭负极材料中，碳平面很小，边缘和层间缺陷很多，Ⅲ和Ⅲ*型储锂位置居多，Ⅱ型较少;同时软炭孔隙少，表面积小，Ⅰ型也较少。因此软炭材料表现出较大的电压滞后。
硬炭负极材料中，储锂位置除了类似软炭的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型外，还具有Ⅳ型和Ⅴ型。Ⅴ型为平面原子缺陷，杂原子孔，类似Ⅲ*型;Ⅳ型为六角平面夹缝孔，对应充放电电压0~0.13V。硬炭中微晶层片边缘多交联，Ⅲ型储锂有所减少，滞后变小;多数空隙较大，Ⅰ型减少;同样层间储锂Ⅱ型不多，而Ⅳ型大幅度增加，因此出现电压平台。Ⅰ型和Ⅳ型区别在于空隙大小，Ⅰ型空隙小时，相当于Ⅱ型，变大时为Ⅳ型储锂。
采用有机前驱体热解制备无定形炭负极材料的电化学性能如下图(a)所示。由图可知，有三个区域中的炭具有高可逆储锂能力，分别为区域1、区域2和区域3。区域1是在~℃处理所得的石墨材料，典型比容量为mA·h/g，其充放电曲线如下图(b)的区域1所示，电压低且无滞后，具有明显阶梯式平台，最低充电电压相对于锂为90mV。区域2是以℃处理的石油沥青软炭，比容量最大为mA·h/g，元素组成为H.C，充放电曲线如下图(b)的区域2，电压呈连续变化，存在明显电压滞后，大量电量是在接近0V时充入的，在1V附近放出。区域3为某些℃左右处理的硬炭，以甲阶可溶酚醛树脂的比容量最大，为mA·h/g，充放电曲线几乎无滞后。
无定形炭负极材料的电化学性能
