这篇文章是发表在《Advanced Materials》期刊上的一篇回顾性综述文章（Review），题为《Revisiting the Roles of Natural Graphite in Ongoing Lithium-Ion Batteries》。文章的核心作者包括Liang Zhao, Baichuan Ding, Xian-Ying Qin, Zhijie Wang, Wei Lv, Yan-Bing He, Quan-Hong Yang 和 Feiyu Kang，分别隶属于清华大学深圳国际研究生院和天津大学化工学院的研究团队。文章于2022年发表。
文章围绕天然石墨（Natural Graphite, NG）作为锂离子电池（Lithium-Ion Battery, LIB）负极材料的关键作用展开，系统性地分析了石墨的来源、性能、结构、电化学行为、改性方法、衍生物与复合材料的开发进展，重点讨论了近年来提升其高倍率性能与低温充电性能的策略，并展望了未来天然石墨基负极材料的发展方向。
天然石墨（Natural Graphite, NG）和人造石墨（Artificial Graphite）是两种主要的锂离子电池负极材料。NG来源于长时间高温高压地质环境形成的富碳有机物，而人造石墨通过碳化和石墨化有机物人工制备而成。文章详细比较了两种材料的特性： - 天然石墨特性：具备较大的晶体各向异性、高容量优势（如鳞片石墨FG），但由于体积膨胀导致循环稳定性较差。 - 人造石墨特性：纯度高，有更多的边界平面，表现出优异的电化学动力学和更长的循环寿命，但初始库伦效率（ICE）低。
支持证据包括天然石墨因资源丰富、易加工、成本低而在负极市场上占据了显著份额，且其生产过程的碳排放和能耗显著低于人造石墨。因此，在响应碳中和的背景下，NG的重要性愈加突出，而中国作为主要的天然石墨生产和出口国，具备明显优势。
NG的主要分类包括鳞片石墨（Flake Graphite, FG）和微晶石墨（Microcrystalline Graphite, MG）。文章对两者的结构和电化学行为进行了分析： - 鳞片石墨（FG）：具有典型的层状结构和高比容量，但在充放电时容易因体积膨胀破坏结构，循环性能欠佳。 - 微晶石墨（MG）：其微晶体随机排列形成各向同性结构，具有优秀的倍率性能和更好的循环稳定性，但由于较大的比表面积，导致初始库伦效率低。
文章指出鳞片石墨在锂离子插层过程中表现出层间扩展和较高的理论比容量（372 mAh/g），而微晶石墨因微晶粒子较小使锂离子扩散路径缩短，更适合于高倍率应用。
文章进一步探讨了通过表面改性提升天然石墨电化学性能的方法，尤其是碳包覆技术（Carbon Coating）的优势： - 碳包覆层可稳定固体电解质界面（SEI）层，减少不可逆容量损失，提高首次库伦效率（ICE），提升循环寿命与热稳定性。 - 文章具体介绍了热化学气相沉积（CVD）、旋转化学气相沉积（TCVD）、喷雾造粒、微波等不同碳包覆技术的优势和应用实例。
此外，作者还探讨了NG与其他碳材料（如CNTs、CNFs）或高容量材料（如Si、Sn）的复合策略： - 天然石墨/硅（Graphite/Si）复合材料：通过石墨作为基体结合高容量的硅材料，设计多孔或核壳结构来缓解硅体积膨胀带来的稳定性问题。复合策略显著提高了容量和循环寿命，一些复合材料在实验中表现出高达600 mAh/g的循环容量。 - 天然石墨/锡（Graphite/Sn）与天然石墨/锗（Graphite/Ge）复合材料：针对锡和锗的大体积膨胀问题，通过与石墨结合并引入中间缓冲/限制结构设计，提升其稳定性和倍率性能。
本文还探讨了石墨衍生物（如膨胀石墨EG、石墨插层化合物GICs、石墨烯等）在锂离子电池中的应用： - 膨胀石墨（EG）：具有大层间距和多孔结构，促进锂离子的扩散，适合高功率电池。 - 石墨插层化合物（GICs）：通过电化学插层方法制备的硫酸插层或其他金属盐插层化合物表现出良好的电导率和化学稳定性，用于高倍率充放电。 - 石墨烯（Graphene）：作为能提高导电网络效率的正极添加剂，可在快速充电和高能量密度场景中展现潜力。
文章对天然石墨的研究趋势进行了展望： - 提升NG的低温充电性能和高倍率充放电能力，加速其在高功率电池中的应用。 - 开发绿色、环保的改性和插层方法，减少传统酸性化学品的环境污染。 - 设计复合和多功能材料，实现高能量密度与高循环寿命的综合平衡，如进一步优化石墨/硅复合体系。 - 增强负极材料的界面性能与热稳定性，提升其在全固态锂电池（ASSLBs）中的应用潜力。
这篇综述文章系统总结了天然石墨材料在锂离子电池负极中的基础研究、应用进展和未来方向，对研究人员全面了解NG材料提供了理论支持和技术指导。文章从结构、性能和改性策略等多个层面探讨了天然石墨基材料的电化学行为和改进手段，为开发下一代高能量密度锂离子电池提供了重要的研究思路和应用参考。在锂电池行业日益发展、对高效率低成本负极材料需求增长的背景下，这篇文章具有重要的学术价值和工程意义。