伴随着锂离子电池的广泛使用，提升电池性能（例如比容量和充放电性能等）成为越来越受重视的实际需要和研究课题。
从上表可见，两者的第一种方法截然相反，不可兼得；第二种方法又会增加生产成本，降低电池稳定性和循环性能。
怎么办，有没有成本不高可以满足商业电池的需求，同时不影响比容量，又可以提高电池充放电倍率的方法么？求（tān）知（dé）若（wú）渴（yàn）的小编问到……
答案是：有！
近日，瑞士苏黎世联邦理工学院（ZTH）André R. Studart和Claire Villevieille等人在Nature Energy杂志发表了一种提升锂离子电池性能的简单方法。研究者通过常规的超声震荡法，将很少的（0.3 vol%）具有磁性的Fe3O4纳米颗粒负载在石墨片层上。在磁场作用下，功能化后的石墨片层有序排列，再经过真空干燥便可以得到高性能的电极材料。石墨片层的这种有序排列，就像是古时候大队步兵列成战阵，整体“战斗力”迅速提升。（Magnetically aligned graphite electrodes for high-rate performance Li-ion batteries. Nature Energy, 2016, 1, 16097, DOI: 10.1038/nenergy.2016.97）
图片来源：Nature Energy
石墨是如今锂离子电池工业上最常用最成熟的负极材料，具有相对高的能量密度，良好的可逆性、无毒安全、价格低廉等诸多优势。锂离子在石墨片层之间发生的脱锂/嵌锂过程已被证明是各向异性的，这一过程只能发生在通过范德华力堆叠的石墨层的晶体基面（crystallographic basal plane）（Physica B+C, 1980, 99, 489-493）。因此，将石墨片层定向排列，可以将材料的活性位置暴露在外侧，不仅可以减少锂离子迁移扩算所需要移动的距离，还可以增加活性自身的利用率。这与通过提高材料的孔隙率来增加锂离子的迁移通道有着异曲同工之妙。
当然，理论计算是不可缺少的。研究者结合实验得到的扫描电镜图和聚焦离子束断层图像（FIB-tomography images），通过数学模拟的方式计算了锂离子的迁移过程以及有效扩散系数。计算结果表明，锂离子的扩散距离缩短了近四倍。
图片来源：Nature Energy
电化学测试表明，这种电极高倍率（1C）充放电性能可以达到传统非定向排列的石墨负极的3倍。更重要的是，这种方法给我们提供了一种有趣的思路，即不改变电极材料的化学组成，仅通过改电极的内部排列结构，也可以提高电池的电化学性能，而且非常有效。
图片来源：Nature Energy
之前，不乏有在石墨、CNT、石墨烯上负载Fe3O4的文献报道，文章的研究角度大多是过渡金属氧化物提高了传统碳电极的比容量，亦或增加了回收利用的可能性。这篇文章的新颖独特之处，正是使用磁性的Fe3O4纳米颗粒和磁场来控制石墨片层的排列，从脱锂/嵌锂各向异性的角度提高碳材料的电性能。
http://www.nature.com/articles/nenergy201697
（本文由小希供稿）