鋰電池，又稱為搖椅電池，重要組成部分是正極、負極、隔膜及電解液。當前鋰離子動力鋰電池正極一般采用尖晶石型LiMn2O4或鎳基層狀氧化物，負極以石墨為主，電解液為含LiPF6的碳酸酯（EC，EMC）有機溶液。LiMn2O4是一種被認為最安全的材料，也是最廉價的正極材料，已經被多種型號的動力鋰電池采用。Li（NiCo）O2容量高，但安全性能較差，需通過摻雜改性并限制其使用電壓等手段來改善其安全性能；從整車安全和電池成本考慮，磷酸鐵鋰LiFePO4安全性好、壽命長，是最適合在汽車動力鋰電池上應用的鋰電池正極材料。

鋰電池能量密度在很大程度上取決于負極材料，從鋰電池實現商業(yè)化到現在，所用的負極材料最成熟，應用最廣的是碳材料，其中最重要的依然是石墨。石墨具有六元環(huán)碳網層狀結構，碳碳之間是SP2雜化的，層層之間是分子用途力連接。石墨中存在兩種不同的晶體結構：六面體石墨（2H）和菱面體石墨（3R）。2H相具有ABABA特點堆積，3R相的堆積結構則是ABCABC。兩種相可以相互轉變，2H相是熱力學穩(wěn)定，在石墨中較多，約占總體的五分之四在鋰電池負極材料中，天然石墨和人造石墨一直是使用最大的負極材料，但是人造石墨由于在生產過程中要高溫處理，使其生產成本大幅提高并對環(huán)境出現不利影響，相有關人造石墨而言，天然石墨有很多優(yōu)點，它的成本低、結晶程度高，提純、粉碎、分級技術成熟，充放電電壓平臺低，理論比容量高等，這些為其在鋰電池行業(yè)的應用奠定了良好的基礎。

天然石墨分無定形石墨（土狀石墨或微晶石墨）和鱗片石墨兩種。理論容量為372mAh/g。無定形石墨純度低，石墨晶面間距（d002）為0.336nm。重要為2H晶面排序結構，即石墨層按ABAB……順序排，單個微晶之間的取向呈現各項異性，但經過加工，微晶顆粒相互之間有一定的交互用途，形成塊狀或顆粒狀的粒子時具有各向同性性質。且形成的塊狀顆粒容易粉碎成形狀較好的顆粒。

在鋰離子嵌入脫嵌過程中體積變化小，結構相對穩(wěn)定，但是可逆比容量僅260mAh/g，不可逆比容量在100mAh/g以上。鱗片石墨的結晶度高，片層結構單元化大，具有明顯的各向異性。這種結構決定了石墨在鋰嵌入和脫嵌過程中體積出現較大的變化，導致石墨層結構破壞，進而造成較大的不可逆容量損失和循環(huán)性能的劇烈惡化。

作為鋰電池負極石墨時，微晶石墨和鱗片石墨均有首次不可逆容量大的缺點，且鱗片石墨循環(huán)性能和大電流充放電性能差，因此，在使用時，研究者們往往側重于對天然石墨進行改性研究，改善其自身結構缺點，提升電池的性能。其中，對石墨負極改性重要有表面處理、表面包覆以及元素摻雜等手段，下面將對其改性研究詳細闡述。

石墨負極材料的改性研究

1.表面氧化

表面氧化重要是在不規(guī)整電極界面（鋸齒位和搖椅位）處生產酸性基團（如-OH，-COOH等），嵌鋰前這些基團可以阻止溶劑分子的共嵌入并提高電極/電解液間的潤濕性，減少界面阻抗，首次嵌鋰時轉變?yōu)轸人徜圎}和表面-Oli基團，形成穩(wěn)定的SEI膜。此外，氧化可以出去石墨中的一些缺陷結構，出現的納米級微孔做外額外的儲鋰空間，提高儲鋰容量。

表面氧化通常包括氣相氧化和液相氧化兩種。氣相氧化重要是以空氣，O2，O3，CO2，C2H2等氣體為氧化劑，和石墨進行氣固界面反應，減少石墨表面的活性點，降低首次不可逆容量損失，同時，生成更多的微孔和納米孔道，新增鋰離子的存貯空間，有利于提高可逆容量，改善負極性能。吳宇平等將普通的天然石墨在500℃下用空氣做氧化劑來進行氧化改性。改性后石墨結構的穩(wěn)定性得以提高，在去缺陷結構的同時新增了納米級微孔及通道數目。另外，氧化時形成的氧化層和石墨結合緊密，形成致密的鈍化膜，防止了電解液對石墨的溶劑化反應，提高了石墨的可逆容量。液相氧化法是利用硫酸鈰、硫酸、硝酸、過氧化氫等強氧化劑溶液，通過液相-固相反應來實現。尹鴿平等利用硫酸和過硫酸銨飽和溶液對天然石墨進行表面氧化，將石墨的可逆容量提高至349mAhg-1，首次庫侖效率有一定提高。

2.表面包覆

石墨負極材料的表面包覆改性重要包括碳包覆、金屬或非金屬及其氧化物包覆和聚合物包覆等。通過表面包覆實現提高電極的可逆比容量、首次庫倫效率、改善循環(huán)性能和大電流充放電性能的目的。石墨材料表面包覆改性的出發(fā)點重要有以下兩點：

通過表面包覆，減小石墨的比表面積，減小形成SEI膜消耗掉的鋰，進而提高材料的首次庫侖效率；通過表面包覆，減少石墨表面的活性點，使表面性質均一，防止溶劑的共嵌入，減少不可逆損失。

3.無定形碳包覆

在石墨外包覆一層無定形碳制成"核-殼"結構的C/C復合材料，使無定形碳和溶劑接觸，防止溶劑和石墨的直接接觸，阻止因溶劑分子的共嵌入導致的石墨層狀剝離現象，擴大了電解液的選擇范圍，王國平等人將天然鱗片石墨制成球形石墨，在其表面包覆一層納米非石墨化碳材料制成具有核-殼結構的改性球形石墨，改性后的球形石墨振實密度明顯提升，且可逆容量提升至365mAh·g-1，同時，首次庫侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性也得到顯著地提升。

鋰電池以其高容量、高電壓、高循環(huán)穩(wěn)定性、高能量密度、無環(huán)境污染等優(yōu)異的性能倍受青睞，被稱為21世紀的綠色能源和主導電源，具有廣泛的民用和應用前景，其應用領域不斷擴大，不僅已經廣泛而成功地應用于各種便攜式電子產品，已經開始向動力鋰電池方向發(fā)展。目前鋰電池及其關鍵材料已成為各國關注的一個科技和產業(yè)焦點，也是我國能源領域重點扶持的高新技術產業(yè)。鋰電池實現商業(yè)化到現在，所用的負極材料最成熟，應用最廣的是碳材料，其中最重要的依然是石墨。天然石墨有著成本低、結晶程度高，提純、粉碎、分級技術成熟，充放電電壓平臺低，理論比容量高等基礎優(yōu)勢。然而天然石墨的結構缺陷導致首次效率低，循環(huán)差。所以開發(fā)改性天然石墨方法，勢在必行。