對(duì)于石墨材料，372是一個(gè)無(wú)法逾越的數(shù)字，這不是別的，正是石墨材料的理論比容量，石墨材料的比容量越是靠近這個(gè)數(shù)字，提高就愈加困難，這仿佛是一個(gè)被詛咒了得數(shù)字，就擺在那里讓你無(wú)可奈何。

這讓小編想起了當(dāng)年擺在人們面臨的音障難題——音速就擺在那里，你狠的咬牙切齒，卻又無(wú)可奈何。但是任何困難都是可以克服的，就想當(dāng)年音障可以被突破一樣，372一樣可以被擊碎，372一樣可以被踩在腳下。

人們從來(lái)沒(méi)有放棄對(duì)石墨比容量的任何一點(diǎn)提升，為了提升石墨材料的儲(chǔ)鋰性能，人們合成了多種納米結(jié)構(gòu)的石墨材料：碳納米管、納米碳纖維、石墨烯、多孔碳等。另一個(gè)提升碳材料的比容量的方式就是摻雜，例如磷、硼、硫、氮等元素?fù)诫s可以顯著的提升石墨材料的比容量。

特別是N元素是一種非常優(yōu)異的石墨摻雜材料，N原子的電負(fù)性為3.5，這要高于碳材料的3.0電負(fù)性，N原子與石墨原子結(jié)合后，可以進(jìn)一步的降低石墨材料的電負(fù)性，因此更加容易與Li+反應(yīng)，這也顯著的提高了N摻雜石墨材料的比容量，例如氮摻雜石墨在2A/g的電流密度下循環(huán)600次后，其比容量仍然可以達(dá)到943mAh/g，這要遠(yuǎn)高于未摻雜的石墨材料。

武漢大學(xué)的KaifuHuo等利用N摻雜技術(shù)制備的氮摻雜介孔碳中空球(N-MCHSs)材料，該材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，0.1A/g的電流密度下，比容量高達(dá)931mAh/g，在0.5A/g的電流密度下，循環(huán)1100次后，比容量仍然可以達(dá)到485.7mAh/g。將電流密度提高8倍，達(dá)到4A/g，仍然能夠維持50%的容量。

N-MCHSs合成過(guò)程十分有趣，與其說(shuō)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)，更像一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用了介孔中空硅球(MHSiO2)作為模版，多巴胺作為N源和C源，多巴胺具有自聚合的特性，開(kāi)始的時(shí)候多巴胺會(huì)在MHSiO2的內(nèi)表面和內(nèi)表面聚合成為高聚多巴胺，并滲入到MHSiO2的內(nèi)部，然后在高溫下將高聚多巴胺進(jìn)行碳化，最后再利用HF移除掉模版MHSiO2，就獲得了氮摻雜介孔中空碳球N-MCHSs。

這種方法成本高，效率低自然是不能用于工業(yè)生產(chǎn)上的，但是我們更加關(guān)注的是N-MCHSs材料的性能究竟如何。采用該方法合成的N-MCHSs材料的殼壁內(nèi)部呈現(xiàn)出海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，其比表面積高達(dá)411.6m2/g。

拉曼光譜顯示，隨著焙燒溫度從600℃提高到900℃，1350cm-1處的D鍵和1590cm-1處的G鍵，都逐漸增強(qiáng)，這表明隨著溫度的提高，材料的石墨化程度也在逐漸提高。

XPS研究顯示，焙燒溫度為600℃、800℃和900℃時(shí)，材料中的N元素的含量分別為5.73%、4.48%和2.26%，但是實(shí)際上與石墨化合的N元素含量幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，發(fā)生改變的N元素主要是吡啶型N。

雖然N含量較高的N-MCHSs材料雖然具有較高的比容量，但是由于石墨化程度較低，因此電化學(xué)性能不穩(wěn)定。

電化學(xué)測(cè)試表明，由于N元素加入，改善了碳材料的導(dǎo)電性，從而有益于材料倍率性能的提升，800℃下制備的N-MCHSs材料，在0.1A/g、0.2A/g、0.5A/g、2.0A/g和4.0A/g電流密度下，其比容量可以分別達(dá)到931.3、632.8、475.7、348.5和233.9mAh/g，表明材料具有良好的倍率性能。

在0.5A/g的電流密度下，N-MCHSs材料可以獲得穩(wěn)定的485.7mAh/g的比容量，并且在循環(huán)1100次后沒(méi)有明顯的衰降，表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。但是N-MCHSs材料由于其較高的比表面積，導(dǎo)致其在首次充放電過(guò)程中會(huì)形成大量的SEI膜，消耗了大量的Li導(dǎo)致其首次效率只有66.4%。

石墨摻雜技術(shù)是石墨材料唯一的出路，通過(guò)氮元素、硼元素等摻雜不僅能夠顯著的提高材料的比容量，還能改善材料的導(dǎo)電性，提高材料的倍率性能。

石墨摻雜技術(shù)還需要配合石墨結(jié)構(gòu)改造同時(shí)進(jìn)行，介孔碳材料是一種很有潛力的石墨材料，介孔碳與元素?fù)诫s配合可謂事半功倍。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，石墨類(lèi)材料還能煥發(fā)出新的光彩，繼續(xù)為鋰離子電池事業(yè)發(fā)光發(fā)熱！