作為一種通過對氧化石墨進行熱處理得到的材料，類石墨烯石墨（GLG）具有當電極電勢低于Li沉積電勢時保持高速充電且不沉積鋰金屬的優勢。然而，影響GLG快速充電能力的因素尚且不清楚。

近日，日本兵庫縣立大學Junichi Inamoto團隊通過電化學阻抗探究影響類石墨烯石墨負極快充能力的因素。研究者通過電化學阻抗法對GLG薄膜的電荷轉移電阻和擴散電阻定量評估后發現：GLG/電解質界面處鋰離子轉移的活化能幾乎與報道的石墨相同，但是GLG中的鋰離子擴散系數卻比石墨高幾個數量級；此外，在不同結構參數的GLG比較中，含氧量較低且內部石墨烯層中具有較多氣孔的GLG具有較高的鋰離子擴散系數。因此可以得出結論，迄今為止報道的GLG的快速充電性能歸因于GLG內部鋰離子的快速擴散。

圖1：原始石墨、GO、GLG300、GLG700和GLG900的XRD圖譜。（標有*的峰來自用于峰位置校正的硅；GLG300指在300攝氏度下處理的GLG，其他類似）

研究者通過XRD分析證明熱處理降低了GLGs的層間距離且降低的層間距，與GO在較高溫度下大量含氧基團被去除有關。此外，研究者通過電化學性能分析證明GLG薄膜在結構、表面形貌和電化學性能方面適合作為模型電極。

界面離子轉移的影響

圖2：（a） GLG700薄膜電極在初始充放電循環中的原位EIS圖；（b） 首圈充放電期間電荷轉移電阻的變化圖。

圖3：（a） GLG700薄膜電極在不同溫度下的原位EIS圖；（b） 由圖a數據得到的阿倫尼烏斯圖。（“向下”和“向上”表示溫度掃描的方向）

研究者通過對GLG700薄膜電極進行不同電壓和不同溫度下的EIS分析得出：其層間距離在第一次充電后不可逆地增加，從而降低了電荷轉移電阻，這有利于實現GLG的快速充電。另外通過計算得出所有GLG的平均活化能在52-56 kJ mol–1的范圍內，這些值與迄今為止報道的石墨活化能保持一致。因此，研究者認為GLG的快速充電特性不能用界面離子轉移來解釋。 離子擴散的分析

圖4：石墨和GLGs在0.05、0.1、0.2和0.5 V時的擴散系數。（GLG900-L由在0攝氏度下合成的GO在900攝氏度下進行熱處理）

圖5：（a） 電池中的鋰離子位置和擴散路徑。（為簡單起見，僅顯示了GLG模型中帶有醚基的底層）；（b） 鋰離子在GLG（LiC34O2）和石墨（LiC36）中擴散的能壘比較。

圖6：平衡（實線）和非平衡（虛線）狀態下活性材料和電解質中鋰離子的摩爾吉布斯自由能曲線比較。

由于GLG高倍率能力的原因不能歸因于界面離子轉移過程。針對以上情況，研究者著眼于離子擴散過程。研究者通過比較本研究中測得的石墨和GLG的擴散系數，結果證明殘余氧氣量的減少可能有助于擴散系數的增加。為了研究含氧官能團對鋰離子擴散的影響，研究者通過DFT計算來評估GLG中擴散的勢壘。研究發現，GLG內部的孔隙數量和低氧含量對鋰離子在GLG中的快速擴散具有決定性影響。

快充伴隨著大的過電勢，當過電勢超過一定數值，鋰離子的擴散成為唯一的速率決定步驟。并且擴散不僅涉及活性材料中的鋰離子擴散，還涉及電解質溶液中的鋰離子擴散。因此活性材料內部的擴散速率在快速充電過程中很重要。通過上述結果分析，研究者表明即使在高度優化的實用復合電極中，活性材料內部的鋰離子擴散可能是決定快速充電倍率性能的重要因素。

【結果與展望】

為了闡明影響GLG優異倍率性能的因素，研究者使用GLG薄膜作為模型電極，通過EIS測量分析了電荷轉移電阻和擴散電阻。結果發現，GLG的電荷轉移電阻的活化能與石墨相當，表明在GLG/電解質界面的鋰離子轉移與石墨一樣慢。另一方面，GLG內部的鋰離子擴散系數比石墨高幾個數量級，表明鋰離子可以在GLG內部快速擴散。此外，在不同結構參數的GLG比較中，含氧量較低且內部石墨烯層中具有較多氣孔的GLG具有較高的鋰離子擴散系數。因此可以得出結論，迄今為止報道的GLG的快速充電性能歸因于GLG內部鋰離子的快速擴散。 審核編輯：郭婷