得益于这种新的石墨添加剂，电池的续航时间可能会大大延长。

当前电池面临的最大挑战之一不仅是提升其容量，还要确保其能够经受住多次充放电循环及岁月流逝的考验。一组日本研究人员现已找到一种方法，通过使用一种新的添加剂来改善这一状况，该添加剂作用于电池电极中最常用的材料之一——石墨的表面。

日本先进科学技术研究院（JAIST）的团队研发出一种名为五氟苯基硫酚亚胺的化合物，简称FPTI。它的作用是增强在电池初始充放电循环过程中形成在石墨表面的保护层，而这层保护层对于控制电池老化过程至关重要。

最显著的结果出现在1,000次循环之后。用4毫克/毫升浓度的FPTI处理过的测试电池仍能保持95.6%的容量，而未添加该添加剂的电池仅能达到62.7%。在2毫克/毫升的较低浓度下，电池的保留容量为89.4%。

关键在于电池中一个通常容易被忽视的区域。在首次充电时，石墨表面会形成一层被称为固体电解质界面层或SEI的薄膜。这层膜虽然能让锂离子移动，但同时也会限制某些可能加速电池老化进程的化学反应。

当这层膜失去稳定性时，电池的内阻会增加，而且部分活性锂也会被消耗掉。其结果就是电池容量逐渐下降。日本研究人员所追求的，正是从一开始就让这种保护层更加稳定。

一种能形成更坚固保护层的添加剂

FPTI被设计为在电池运行的初始阶段就发挥作用，比电解质中的其他成分更早响应。这样它有助于在石墨表面形成更为稳定的保护层。该团队进行的分析还显示，这层保护层中含有高浓度的锂氟化物，而来自硫元素以及该化合物亚胺基团的其他成分也参与了其形成过程。

该效应可直接通过电池的内阻来测量。在FPTI浓度最高的情况下，参考电池的防护层电阻从7.6欧姆降至仅2.2欧姆。与电荷传输相关的电阻也从41.8欧姆下降到19.8欧姆，同时锂离子的迁移性能也得到了改善。

但最显著的差异体现在长期测试中。经过1,000次循环后，未添加FPTI的电池仍保留了其参考容量的62.7%，而每毫升含有2毫克和4毫克FPTI的电池则分别保持了89.4%和95.6%的容量。此外，未添加该添加剂的电池在大约350次循环后就开始出现较为明显的容量下降。

研究人员随后试图验证这一原理是否可应用于完整的电池，他们使用了NMC811作为正极材料，石墨作为负极材料。但此时出现了一个重要限制：直接将FPTI添加到整个电池的电解液中效果不佳，因为它会增加正极的电阻并降低电池性能。

解决方案是仅将这种化合物用于预先处理石墨电极。首先通过FPTI在石墨表面形成改进后的保护层，然后再使用常规电解质组装完整的电池，无需在该电池的整个结构中保留这种添加剂。

实验结果也非常显著。使用每毫升4毫克FPTI处理过的石墨制成的完整电池，其能量密度约为233瓦时/千克；而使用每毫升2毫克FPTI处理过的电池能量密度约为192瓦时/千克；在参考配置下则仅为约130瓦时/千克。

研究表明，要想提高电池的寿命，并不总是需要用完全新的材料来替代石墨。在此情况下，关键在于更好地控制电池表面的反应，防止次生反应在每次充电循环中逐渐破坏电极。

不过，要将其应用于电动汽车还有很长的路要走。95.6%的这一成绩主要是在石墨和锂的测试电池中取得的，而使用完整电池的测试则是通过对负极进行预处理来实现的。研究人员指出，还需要在更大规模的电池上，并在更接近实际使用条件的情况下进行测试。

因此，这项工作的重要性在于它所开辟的道路，而非即时的应用效果。如果这一策略能够在工业规模上得以实施，那么就无需彻底改变现有材料的成分，就能延长基于这些已知材料的电池使用寿命。这对于电动汽车以及其他需要承受数百甚至数千次充放电循环而不丧失过多储能能力的系统而言，都具有重要的意义。