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石墨衍生的碳材料由于良好的機(jī)械和電化學(xué)性能、成本效益、重量輕和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在金屬離子電池中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然天然石墨已在鋰離子電池中得到商業(yè)應(yīng)用，但其較小的層間距阻礙了在其他金屬離子電池中的應(yīng)用。

在此，四川大學(xué)周艷萍副教授及廣東工業(yè)大學(xué)芮先宏教授等人全面總結(jié)了石墨和電解液的結(jié)構(gòu)工程，以提高石墨作為鋰離子電池（LIBs）、鈉離子電池（SIBs）、鉀離子電池（PIBs）負(fù)極材料和雙離子電池（DIBs）正極材料的電化學(xué)性能。

首先介紹了石墨的結(jié)構(gòu)工程，包括膨脹石墨（EG）、石墨插層化合物（GICs）和多孔石墨（PG）的應(yīng)用及作用機(jī)理并列出了它們的電化學(xué)性能以進(jìn)行比較。

然后，討論了電解液中鹽和溶劑的影響。最后總結(jié)了石墨基材料在這些金屬離子電池中的應(yīng)用，并嘗試提出一些進(jìn)一步研究的前景。

圖1. EG作為各種雙離子電池正極材料的研究

作者對(duì)未來的研究方向和前景進(jìn)行了如下展望：

（1）增大EG層間距是提高金屬離子存儲(chǔ)容量的好方法，在SIBs中應(yīng)考慮層間距與引入的氧含量之間的平衡。此外，開展更先進(jìn)的原位/非原位測(cè)試技術(shù)及理論計(jì)算分析EG儲(chǔ)能機(jī)制和功能基團(tuán)的作用也很重要；

（2）GIC的循環(huán)穩(wěn)定性是一個(gè)挑戰(zhàn)，可以嘗試從EG制備GIC以獲得高儲(chǔ)鈉性能。此外，充放電過程中產(chǎn)生的金屬原子的影響也值得探討；

（3）建議將PG的結(jié)構(gòu)工程與EG和GIC相結(jié)合以產(chǎn)生更高的容量；

（4）醚基電解液可通過形成更穩(wěn)定的三元插層復(fù)合物有效提高電池的電化學(xué)性能，因此，將石墨基材料的結(jié)構(gòu)工程與電解液工程相結(jié)合也是一種有前景的策略。

圖2. 醚基電解液與傳統(tǒng)碳酸鹽電解液的對(duì)比

Structural Engineering in Graphite-Based Metal-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107277

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周艷萍&芮先宏AFM: 石墨基金屬離子電池的結(jié)構(gòu)工程

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