尽管具有石墨材料主导着商用锂离子电池（LIB）的负极市场，但它们在快速充电过程中的低容量阻碍了进一步的商业化。据报道天然石墨（G）不仅在快速充电容量低，而且多次充电循环往往发生失效。鉴于此，本文作者使用不同的表征技术证明，严重的石墨剥落和不断增加的固体电解质界面（SEI）是石墨电极失效的主要原因，并提出了一种超薄人工SEI，有效解决了这些问题并确保SEI包覆的石墨负极（G

C）超稳定运行，在1C下循环次后容量保持率约为97.5%。这种人工SEI改性策略为定制和设计稳定石墨电极提供了一种通用方法，为下一代高能量密度锂离子电池提供更好的负极材料。

图1a给出了人造SEI的合成过程：天然石墨（G）首先用聚多巴胺（PDA）包覆（优化的质量比为14％，），最终通过在Ar气氛中℃下煅烧转化为无定形碳（G

C）（图1a）。这种表面改性策略可以有效抑制石墨剥落现象（图1b）。

图1.人工SEI的合成过程（a）和作用机制（b）

图2中XRD、Raman、XPS图谱表征确定了G和G

C材料具有典型的石墨特征。SEM图显示出清晰的片状石墨结构；图2f中HRTEM清楚的显示了包覆结构，碳层厚度约4nm。

图2.G和G

C的物理表征。

将G和G

C电极组装成型电池，进行电化学性能表征。如图3a所示，0.1C下的充放电曲线（1C=mAhg-1）表明G和G

C的初始可逆比容量分别为和mAhg-1，库仑效率分别为88.1%和86.4%。与G相比，G

C的不可逆容量略高，这有助于其较低的C含量和较高的O含量（图2i）。微分曲线（图3b）和原位XRD测试表明G和G

C经历了多步锂化过程，产生了一系列具有特殊阶段结构的锂-石墨插层化合物，即石墨→稀释的stage-1→stage-4→stage-3→“液体状”stage-2→stage-2（LiC12）→stage-1（LiC6）。图3b放大图所示，G

C的峰强度（尤其是峰I）高于G，但其氧化峰和还原峰之间的电压极化更小，表明动力学更好。图3c中的倍率性能表明，尽管两者在高倍率下都表现出低容量，G

C在0.1-3C范围内表现出比G样品更大的容量。

图3.G和G

C电极的电化学性能表征。

图4a、b显示，G和G

C阳极都表现出变化的D（≈1cm-1，非石墨化峰，面内石墨烯环的A2g呼吸模式，图4e）和G（≈cm-1,石墨化峰,Γ处的高频E2g声子,图4e)充放电过程中的峰值。图4b中用虚线椭圆环标记的极强背景信号归因于与相关的荧光效应短激发波长（本工作中为nm）。从图4f，g可以看出，G阳极的不可逆降低的G峰强度和增加的ID/IG比提供了其不断增加的缺陷浓度，而G

C阳极表现出更好的可逆性，与G峰位置一致。

图4.G和G

C原位拉曼测试分析。

如图5a所示，XRD图谱表明与没有循环的情况相比，G样品的（）峰在次循环后向更低的衍射角移动，产生更宽的层间距。在图5b中，G阳极的ID/IG比和半峰全宽在循环后显著增加，而对比G

C情况（图5c），ID/IG比几乎没有变化，表明即使在次循环后仍具有超稳定的表面结构。

在图5d中，G阳极的粗糙表面有助于SEI层的形成，这是由于电解质在低电位（≈0.7VvsLi/Li+）下分解，导致初始库仑效率低。更重要的是，被SEI膜覆盖的内部石墨烯层也很明显，这意味着G阳极由于循环时Li+和电解质分子的嵌入而剥落，这与从XRD结果推断的层间距增加一致。在TEM图像中也观察到剥离的石墨烯层（图5e），厚度约为5.7nm（17个石墨烯层，图5f）。对于G

C样品，图5g中的SEM图像显示它也被粗糙的SEI层覆盖，但没有观察到石墨烯层，这表明人造SEI有效地抑制了石墨剥离。图5h中的HRTEM图像进一步揭示了所有石墨烯层都是紧密组织的，与天然石墨的局部结构一致。

图5.次循环后G和G

C电极的整体结构演变。

循环后G和G

C阳极的界面组成通过表面敏感XPS表征。G和G

C的C1s光谱（图6a）包含三个峰，分别对应具有各种电负性的C-C、C-O和C=O物种。然而，对于每个物种，相对于峰面积的比率是非常不同的；C=O是G样品的最高化合物，但在G

C情况下，最高化合物是C-C。这意味着G阳极比G

C阳极具有更高的O但更低的C含量（图6c），表明较厚的SEI是由电解质的分解驱动的，因为中间相中的O化合物主要来源于电解质溶剂。这是合理的，因为没有人工SEI的G负极可能会出现严重的石墨剥离，这可能会增加比表面积，从而在多次循环后导致电解质耗尽和电池失效。G

C中观察到的额外N1s信号（图6b）归因于PDA的碳涂层分解。

图6.G和G

C阳极的界面组成和动力学分析。

该项研究证明了相间特性对于提高石墨负极的长循环和倍率性能至关重要。改性的G

C阳极性能稳定，在1C下循环次后容量保持率约为97.5%，裸G化合物仅稳定了次循环。不同的表征技术，包括原位拉曼光谱、XRD、TEM和XPS，表明严重的石墨剥落和不断增加的SEI是G阳极在许多操作周期后失效的原因。该工作设计了一种新型超薄（≈4nm）人工SEI膜，有效地抑制了石墨电极的剥离并提高相间稳定性，从而确保G

C阳极的长期运行稳定性。人工SEI层还可以提高电池的倍率性能，降低界面阻抗，但增加Li+扩散系数。这种人工SEI改性策略为下一代高能量密度锂离子电池定制和设计更好的负极材料提供了一种通用方法。

Zhou,J.,Ma,K.,Lian,X.,Shi,Q.,Wang,J.,Chen,Z.,Guo,L.,Liu,Y.,Bachmatiuk,A.,Sun,J.,Yang,R.,Choi,J.-H.,Rümmeli,M.H.,EliminatingGraphiteExfoliationwithanArtificialSolidElectrolyteInterphaseforStableLithium-IonBatteries.Small,

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