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石墨衍生的碳材料由于良好的機械和電化學性能、成本效益、重量輕和環境友好等優點，在金屬離子電池中得到了廣泛的應用。雖然天然石墨已在鋰離子電池中得到商業應用，但其較小的層間距阻礙了在其他金屬離子電池中的應用。

在此，四川大學周艷萍副教授及廣東工業大學芮先宏教授等人全面總結了石墨和電解液的結構工程，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）負極材料和雙離子電池（DIBs）正極材料的電化學性能。

首先介紹了石墨的結構工程，包括膨脹石墨（EG）、石墨插層化合物（GICs）和多孔石墨（PG）的應用及作用機理并列出了它們的電化學性能以進行比較。

然后，討論了電解液中鹽和溶劑的影響。最后總結了石墨基材料在這些金屬離子電池中的應用，并嘗試提出一些進一步研究的前景。

圖1. EG作為各種雙離子電池正極材料的研究

作者對未來的研究方向和前景進行了如下展望：

（1）增大EG層間距是提高金屬離子存儲容量的好方法，在SIBs中應考慮層間距與引入的氧含量之間的平衡。此外，開展更先進的原位/非原位測試技術及理論計算分析EG儲能機制和功能基團的作用也很重要；

（2）GIC的循環穩定性是一個挑戰，可以嘗試從EG制備GIC以獲得高儲鈉性能。此外，充放電過程中產生的金屬原子的影響也值得探討；

（3）建議將PG的結構工程與EG和GIC相結合以產生更高的容量；

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

圖2. 醚基電解液與傳統碳酸鹽電解液的對比

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

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