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2022-03-22
顆粒在線訊：包含人造石墨和天然石墨的石墨家族由于具有相對較高的理論比容量（372mAh/g）和合適的脫嵌鋰電位因而被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。近年來，處于減少CO2排放的考量，天然石墨（NG）的市場份額逐漸擴(kuò)大。最近，清華大學(xué)康飛宇教授等對天然石墨在鋰離子電池中的起源、作用和相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)概括總結(jié)。
本文要點(diǎn)：
1）天然石墨主要分為片狀石墨和微晶石墨。作為鋰離子電池負(fù)極材料，片狀石墨表現(xiàn)出較高的可逆比容量和首周庫倫效率，但是其循環(huán)穩(wěn)定性稍差；而微晶石墨循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都不錯(cuò)但是首周庫倫效率較低。而且，這兩種石墨在快充過程中都面臨著析鋰的問題。
2）文章總結(jié)了解決石墨負(fù)極上述問題的常見策略。第一種方法是進(jìn)行碳包覆：碳包覆可以降低石墨的比表面積，減少電解液侵蝕的機(jī)會(huì)，因而降低電解液溶劑在低電位下的不可逆分解，從而提高首周庫倫效率。第二種方案是構(gòu)建復(fù)合石墨負(fù)極材料來提高容量，比如將石墨與比容量很高的合金類負(fù)極如Si等復(fù)合。此外，由天然石墨衍生出的石墨烯材料也具備十分優(yōu)異的電化學(xué)性能。
3）文章對石墨負(fù)極的發(fā)展做出了展望：為了實(shí)現(xiàn)更高的鋰電池安全性和能量密度，應(yīng)更多地關(guān)注穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)和高性能全固態(tài)電解質(zhì)的混合石墨-鋰負(fù)極之間的界面問題，尤其是在長循環(huán)期間的大電流密度和高面積容量條件下的應(yīng)用。而石墨烯的未來研究應(yīng)集中在開發(fā)可擴(kuò)展且低成本的生產(chǎn)方法同時(shí)不犧牲石墨烯的質(zhì)量。
Liang Zhao et al, Revisiting the Roles of Natural Graphite in Ongoing Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials, 2022
DOI: 10.1002/adma.202106704
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106704
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