近年来，锂离子电池（LIB）已成为便携式设置、电动汽车和电网储能的首选电化学储能工夫。然而，疾捷充电工夫的缺乏局部了锂离子电池的进一步进展。碳基质料因其丰厚的资源、低廉的本钱、无毒性和电化学多样性，已被普及讨论用作疾捷充电锂离子电池的电极质料。

　　本文，陕西理工大学张丹教导团队、青岛大学 曹明惠等讨论职员正在《Carbon》期刊楬橥名为“Carbon-based materials for fast charging lithium-ion batteries”的论文，综述了碳基质料举动疾捷充电锂离子电池电极质料的最新讨论发扬。开始，操纵石墨基电池总结了 LIB 疾捷充电的机理。随后，本文先容了碳负极（石墨改性与复合、石墨烯基复合质料、碳纳米管基质料和其他碳基质料）和碳阴极正在疾捷充电锂离子电池中的最新讨论发扬，稀少夸大了电极机合与疾捷充电职能之间的相干。最终，预计了碳基质料正在疾捷充电LIB中行使的来日进展。

　　LIB 利用可逆电化学响应将电能转换并储蓄为化学能。为了正在 LIBS 中得回高充电速度职能，要紧的是要会意锂离子和电子正在所有电池体系中的传输途径，以及何如正在职何限速举措中增添扩散动力学。以充电历程为例，锂离子和锂离子的传输能够用以下举措来描绘（图2):

　　碳是天然界中最丰厚的元素之一，也是有机化学的根源.推敲到这一点，碳质料寻常能够通过直接转化响应轻松且低价地坐褥。碳基质料拥有优异的化学安静性、优异的导电性、较大的比轮廓积和特殊的孔隙率.1991 年，索尼正在工夫上达成了第一个 LIB 原型，此中石墨被用作锂离子插层阳极。从那时起，讨论职员对石墨插层负极举行了深远讨论和优化。石墨这日还是用作 LIB 的商用阳极。正在过去的 30 年里，依然浮现了巨额碳纳米质料，网罗 1D 碳纳米管 （CNT） 和 2D 石墨烯 （参见图3).这些新的碳同素异形体不单正在样式和尺寸上存正在明显不同，况且正在限度电子机合上也存正在明显不同。因为其特殊的职能，这些碳纳米质料举动疾捷充电锂离子电池的电极质料也惹起了普及的讨论意思。

　　用于便携式电子产物和电动汽车的高充电速度（10C）超疾捷充电锂离子电池对职能目标的请求很高，但目前尚未抵达。也即是说，储能装备应拥有好像超等电容器的速度职能融洽像电池的容量以及较长的轮回寿命。然而，最进步的商用 LIB 体系的速度职能无法餍足日益拉长的商场需求，加倍是对疾捷充电电动汽车的需求。正在本文中，咱们回首了为达成超高速可充电 LIB 而合理计划进步碳基电极质料（石墨基、石墨烯基、碳纳米管基和其他碳基质料）及其相应电极机合的紧要发扬（见表 1）。

　　表1). 通过以石墨为负极会意锂离子和电子正在四个迁徙举措中的传导机造，能够得出结论：优化离子和电子正在固态扩散中通过电极质料的迁徙对 LIB 的疾捷充电至合要紧。纵然近年来人们对碳基质料正在锂离子电池中的疾捷充电举行了巨额讨论，但这一范畴还存正在很多挑拨和常识空缺。疾捷充电 LIB 的现实行使必要正在以下几个方面进一步竭力：

　　开采可不断、高效用、低本钱、大范畴的石墨活化工夫（即人为轮廓涂层和石墨基质料改性），达成疾捷充电 LIB 负极质料的造备。目前已提出了很多可抬高 LIB 疾捷充电技能的替换电极质料，但相合石墨的安静性、可以的降解机造、创设难易度和本钱等方面的讨论仍有待竣事。纵然石墨阳极对锂电镀稀少敏锐，但正在可预思的来日，石墨阳极仍可以因其低本钱、普及的可用性和成熟的工夫而不绝主导 LIB 商场。

　　基于无序碳基质料构修高职能疾捷充电锂离子电池。无序碳基质料原料由来普及，易于加工，但很罕用于疾捷充电锂离子电池。目前的道理紧倘使电极/固体电解质界面的担心静性和接触不良。这些题目同时映现正在阴极和阳极界面。正在阳极，电解质界面正在热力学上是担心静的，穿过该蜕变界面的离子导电率很低，况且阳极和电解质之间的 SEI 膜也存正在其他题目。正在阴极一侧，阴极和电解质之间存正在开始层，电极和电解质之间的固-固接触不良，通盘这些都导致正在 LIB 中很少利用这些质料举动阴极。别的，应进一步切磋轮回历程中的体积转化，以揭示固态化学更多能量的鲜嫩电池的疾捷充电职能。

　　将石墨和硬碳浅易搀和，能够将石墨的高容量密度、高库仑效用和硬碳的高倍率职能连合起来，达成同时达成高能量密度和高效疾捷充电的 LIB 工夫。这也是处分 LIB 疾捷充电最有用的要领，也是得回碳基质料 LIB 疾捷充电家当化最可以的途径。

　　行使进步表征工夫，加深对石墨阳极界面行径的解析。开始，正在古代的双极电池组件中，正确剖释石墨电极的电化学行径而不推敲对极的庞大性还是是一个普通的挑拨。这种节造性可以会导致对电化学信号的误会。于是，应更普及地利用三电极装备来获取正确的界面新闻，如通过 SEI 差别各式极化和确定活化能。其次，因为其难以捉摸的变成要领和极其敏锐的化学性格，人们对石墨阳极中的 SEI 知之甚少。进步表征工夫的进展可以会为 SEI 与石墨阳极之间的界面题目供应新的线索。总之，深远会意石墨电极的电化学行径和界面化学性子对付引导疾捷充电质料的计划至合要紧，而正确的表征则是计划疾捷充电质料的根源。

　　对付疾捷充电历程中的界面历程，网罗锂离子脱溶、锂离子正在 SEI 中的扩散和锂离子正在石墨中的迁徙，有须要得回更多的根基观点。锂离子的消融/解消融被以为是石墨电极界面化学的要紧构成部门，由于它们会影响 SEI 的职能，从而影响电池寿命。更多的原位工夫，网罗原位拉曼光谱、原位核磁共振波谱、原位 XPS 以及原位和二次离子质谱，可用于讨论差异的电解质消融鞘和反溶剂历程体系，以及 SEI 的变成和化学性格。别的，表面策动也有帮于揭示锂离子通过 SEI 的传输机造。纵然对现实石墨电极充电时决计速度的举措是什么还没有普通的结论，但咱们笃信，将更细心计划的测验与庞大的表面策动器械相连合，可以会为澄清这一题目斥地新的途径。

　　疾捷充电工夫的贸易化必要推敲一系列成分。惟有同时餍足高功率、高安闲性、低本钱、长命命和环保等请求，才智达成新型疾捷充电工夫。比方，本钱极高的超浓缩电解质固然拥有各式利益，但并不适合大范畴行使。稀释型高浓度电解质造胜了高粘度、高价值等谬误，同时保存了简直通盘利益，正在替换古代电解质方面显示出雄伟潜力。更要紧的是，正在开采适用工夫时应试虑放大效应。比方，大无数旨正在揭示某些机理或浮现电化学职能的测验室测试都是基于毫安级容量的纽扣电池，但现实工夫必需基于Ah级容量的大型电池类型，如袋装电池或圆柱形电池。同样，还必要推敲大范畴坐褥新型电池质料的可行性。