三星SDI以碱液“温煮”石墨，实现电池快充
对于锂离子电池负极活性材料而言，虽然有许多具有高比容量的材料可供选择（如Si、Sn、Sb和金属氧化物），但是由于石墨的放电平台很低，安全性较高，其还是最常用的锂电负极材料。然而许多大型用电器（电动汽车和混合动力汽车等）对负极提出了更高的要求，如能量密度高、充电倍率高、寿命长以及安全性高等，其中以节省充电时间的高倍率充电为首要。石墨可用于高倍率放电，却不适用于高倍率充电。石墨负极在充电过程中，锂离子只能从边缘嵌入石墨层间，而石墨层间距较小且锂离子扩散速度有限，造成电池充电速率（嵌锂）低下；在快速充电过程中金属锂会沉积在石墨表面形成枝晶，刺穿隔膜，从而造成短路而起火。
如果在石墨表面形成一些微孔，这样就可以缩短锂离子的扩散距离，进而提高充电效率。本文作者从这个角度出发，用碱浸泡法处理石墨，制备出表面有约深40nm的纳米孔的碱蚀石墨。电化学测试证明，碱刻蚀后的石墨其倍率充放电性能得到显著提升。
图1. (a,b)原始石墨；(c,d)沥青包覆石墨；(e,f)碱蚀石墨；(g,h)碱蚀煅烧石墨的SEM图像.
随后，作者组装了全电池，研究碱刻蚀后材料的电化学性能。在1/3C低倍率下，碱蚀石墨和沥青包覆石墨的稳定性并没有很明显的差别，这也从侧面说明原始石墨在低倍率下是一种很好的负极材料。但是在2.5C倍率下，不同处理方法所带来的影响就很明显了，稳定性最好的是碱蚀石墨，循环100次后的容量保持率为96.7%，而其它处理石墨都出现明显的容量下降。对此作者也给出了解释：石墨表面纳米尺寸的孔起到锂离子嵌入石墨层间入口的作用。相比之下，碱蚀煅烧石墨却没有如此好的循环稳定性，作者认为是微米尺寸的孔破坏了周围的石墨层状结构，从而使这种孔不能起到上述入口作用。另外，当电流恒定时，容量呈线性增长。在2.0C、2.5C和4.0C等高倍率条件下，碱蚀石墨在恒流区持续的时间长于原始石墨，这也说明经碱处理后石墨的倍率性能得到了改善。随后作者研究了2.5C电流密度下循环100次后的SEM图，结果发现原始石磨的表面出现明显的锂沉积，而碱刻蚀后的石墨表面相对干净，说明碱处理后的石墨有利于电池大倍率充放，实现锂离子的快速嵌入和脱出。
图2. (a,b)各个样本的循环性能和倍率性能，其中所有的放电倍率都是1/3C；(c)原始石墨和(d)碱蚀石墨在快速充电(2.0C、2.5C、4.0C)下电流以及容量与时间的曲线
图3. 原始石墨和碱蚀石墨在2.5C下循环100次后的SEM图像
本文作者以温和的碱处理石墨，在石墨表面引入了大量的纳米孔，从而改善了石墨的高倍率性能，该方法简单且以商业化。然而对于当今各种类型用电器的发展，仅仅有高倍率性能是远远不够的，高容量、高能量密度和高安全性也是要达到的目标，所以新能源事业的发展任重而道远，需要各类从业者的共同努力，才能进一步推动社会的发展。
制备方法：
碱蚀石墨：首先把50g颗粒尺寸为20μm的人造石墨粉与20wt% KOH溶液混合，在80℃下，以250rpm转速搅拌24h，然后用去离子水真空过滤清洗混合物，知道滤液接近中性。接着把石墨浆液放在80℃的真空烘箱中干燥12h。
沥青包覆石墨：把石墨粉与沥青混合，使其中碳含量为75%（石墨:沥青=100:6，质量比），然后把混合物放入搅拌器中以2000rpm搅拌2min，接着把混合物在300℃下煅烧1h，然后升至1000℃保持2h，升温速度为5℃/min，最后用400目筛筛分。
碱蚀煅烧石墨：碱蚀处理的方法同碱蚀处理石墨。接着在800℃下煅烧6h，升温速度为10℃/min。然后用去离子水反复的清洗产物，最后在80℃下干燥12h。
JaeHyun Shim, Sanghun Lee; Characterization of graphite etched with potassium hydroxide and its application in fast-rechargeable lithium ion batteries; J. Power Sources, 2016; DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.05.094
通讯作者：Sanghun Lee，韩国嘉泉大学，生物纳米技术系
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