鋰離子電池經(jīng)過多年的發(fā)展，比能量、倍率性能和安全性能都得到了極大的提升，但是隨著數(shù)碼電子產(chǎn)業(yè)和電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對鋰離子電池的能量密度提出更高的要求。而鋰離子電池的能量密度主要取決于正極活性物質和負極活性物質的比容量，傳統(tǒng)的石墨材料理論比容量僅為372mAh/g，遠遠不能滿高比能鋰離子電池的需求，因此急需開發(fā)新型的高容量負極材料。

其實在整個鋰離子電池的發(fā)展歷史中，人們對高性能負極材料的研發(fā)也從未止步，例如硅合金負極材料經(jīng)過多年的技術發(fā)展，已經(jīng)逐漸成熟。納米化、石墨包覆等手段，負極補鋰工藝和電解液技術的發(fā)展，使得硅負極的商業(yè)化應用的時機已經(jīng)成熟，但是目前高性能硅負極材料生產(chǎn)技術還被牢牢控制在日韓兩國的手中，使得中國鋰電企業(yè)在使用硅基負極材料時處處受到掣肘，高額利潤被日韓廠家賺取。其他正在研發(fā)中，有望取代硅負極的高性能負極材料還有金屬硫化物負極，例如MoS2等，錫基合金材料，氮摻雜石墨材料等。特別是氮摻雜石墨材料，在傳統(tǒng)的石墨類材料的基礎上，經(jīng)過形貌改造和元素摻雜等工藝，可以使得材料的比容量得到極大的提升，極有希望成為下一代鋰離子電池負極材料。

相關研究顯示，石墨類材料的比容量主要取決于比表面積、孔結構、摻雜和缺陷等因素，因此對石墨材料性能的提升，需要對材料的結構進行系統(tǒng)的設計。N元素摻雜是提升石墨材料容量的有效方案，通過在石墨材料中摻入部分N元素，可以顯著的提升石墨材料的比容量，并且可以改善石墨與電解液之間的浸潤特性，同時N摻雜在石墨內部產(chǎn)生了數(shù)量眾多的缺陷，能夠作為Li+嵌入的活性點，增加N摻雜石墨材料的比容量。同時石墨材料一些自身固有的缺陷，例如雙空位缺陷，Stone-Wales缺陷等，也能夠提高鋰離子電池的容量。綜上所述，一款理想的是石墨負極材料應該具有一下特點：1）具有3D網(wǎng)狀結構，具有微孔或者介孔結構，保證鋰離子快速傳輸；2）SP2鍵連接的共價鍵結構，以保證快速傳導電子的能力；3）優(yōu)化的摻雜元素和缺陷的布局，為Li+嵌入提供更多的活性點位。