图1 图文摘要

一、研究背景

随着全球“双碳”目标的推进和电动汽车产业的迅猛发展，锂离子电池因其高能量密度、高工作电压和长循环寿命等优势，已成为主流动力电池技术。然而，与燃油车数分钟完成加油相比，电动汽车的充电时间仍较长，这成为行业发展的关键瓶颈。动力电池的快充性能取决于锂离子在电池内部的传输效率。在石墨负极侧，锂离子从电解液嵌入石墨层间的过程需要克服较高的能垒，导致在快速充电时出现严重的极化现象，易导致锂金属析出、枝晶生长、容量衰减甚至安全问题。因此，如何突破石墨负极的快充瓶颈，开发出兼具高能量密度、高安全性和长循环寿命的快充型锂离子电池，已成为学术界和产业界共同关注的焦点。

二、工作简介 （含主要图或表）

该综述首先回顾了Li⁺嵌入石墨负极过程的动力学机制，将其分解为5个关键步骤：（1）溶剂化Li⁺在浓度梯度和电场作用下向固态电解质界面（SEI）迁移；（2）Li⁺在SEI表面发生去溶剂化过程；（3）去溶剂化Li⁺在电场作用下穿过SEI；（4）Li⁺穿过石墨与SEI的固-固界面并嵌入石墨层间；（5）Li⁺在浓度梯度和电场驱动下在石墨内扩散。电解液主要影响前3个步骤的传输效率，而石墨负极的性质则影响后3个步骤的动力学过程。

             图2 充电条件下Li⁺的动力学行为

随后，该综述讨论了电解液工程在提升石墨负极快充性能中的关键作用。从提升体相离子电导率的角度出发，详细分析了通过引入高介电常数、低黏度共溶剂来优化电解液传输特性的策略。从界面传输机制角度，重点讨论了溶剂化结构的调控策略。通过优化锂盐浓度、使用弱溶剂化溶剂以及分子结构设计等手段，可有效降低Li⁺去溶剂化能垒，并影响SEI的形成过程和最终结构。

该综述进一步阐述了通过优化石墨负极本征结构提升快充性能的策略。在结构优化方面，通过化学刻蚀等方法在石墨表面构造纳米级孔道，构建多离子通道，可以有效增加Li⁺嵌入位点并缩短扩散路径。同时，通过增大石墨表面层间距，可显著减小Li⁺嵌入能垒，显著改善离子传输动力学。此外，通过调控石墨结晶度和微观形貌也能够优化离子传输路径。在表面工程方面，利用各种包覆材料修饰石墨表面，不仅能够改善石墨与电解液之间的界面相容性，抑制界面副反应，还能作为人造SEI层诱导均匀的Li⁺通量，减少极化现象。合适的包覆材料还可以调控界面电子结构，降低电荷转移阻抗，从而提升界面反应动力学。

该综述还深入探讨了通过电极制备工艺创新提升石墨负极快充性能的系统性方法。在浆料设计层面，导电添加剂的合理选择与分布可构建高效电子传导网络，降低电极整体阻抗；黏结剂的优化不仅关系到活性物质的结合强度，更直接影响电极的机械柔韧性和离子传输通道的连通性；而功能性添加剂的引入可预先修饰电极界面环境，诱导稳定SEI的形成。在电极包覆工艺方面，活性物质的面密度控制和粒径分布优化对离子传输动力学具有显著影响。通过调控电极厚度和孔隙结构，可平衡离子传输与电子传导效率，减少浓度极化现象。在后处理工艺环节，先进的结构修饰技术可在不破坏结构完整性的前提下构建三维离子传输通道，显著改善电解液浸润性和离子传输效率。

最后，该综述总结了实现石墨负极快充性能的多维度策略，涵盖了从电解液工程、负极材料改性到电极工艺优化的完整技术路径；展望了从材料制备、电解液设计、电极结构工程、界面机理研究以及产业化落地5个方面提出未来研究方向，强调多尺度协同优化是实现石墨负极快充产业化的关键。

图3 快充石墨负极未来研究焦点

New Carbon Materials 文章信息

Jin Liang, Ze Qin, Zhong Quan, Jing Hao, Xian-Ying Qin, Bao-Hua Li, Fei-Yu Kang. A review of strategies to produce a fast-charging graphite anode in lithium-ion batteries[J]. New Carbon Mater., 2025, 40(4): 738–765.

梁金, 秦泽, 全中, 郝婧, 秦显营, 李宝华, 康飞宇. 锂离子电池用快充石墨负极研究进展[J]. 新型炭材料, 2025, 40(4): 738–765.

DOI: 10.1016/S1872-5805(25)61008-0

原文链接：

https://www.sciengine.com/NCM/doi/10.1016/S1872-5805(25)61008-0

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