Nano-structures on the surface of graphite particles have been investigated by means of transmission electron microscopy. The surfaces consist of "closed-edge" structures similar to carbon nano-tube that is vertically cut. The graphite particles with these closed edges are chemically stable and, therefore, applicable for negative electrode in lithium-ion secondary battery. Molecular dynamics simulations reveal that the vibrations of the graphene layers at the free edges play an important role in the formation of the closed-edge structures. When battery is charged, Li ions intrude into graphite. In order to clarify this intrusion mechanism, the potential barriers of Li intrusion are studied using the first-principles cluster calculations. From electrochemical measurements, the graphite composed of these closed-edge structures show actually high battery performance with a large discharge capacity and a small irreversible capacity. We can control these surface structures by choosing some suitable heat treatment conditions and/or pulverization conditions.

　 透過型電子顕微鏡によってグラファイトの表面のナノ構造が調べられた。表面は端が閉じた構造から成っていて、ナノチューブと同じような構造である。これらのグラファイト粒子は化学的に安定なので、リチウムイオン二次電池の負極に適用することができる。分子動力学シミュレーションによって、端の閉じた構造の形成にはグラファイト層の振動が重要な役割をしていることが明らかとなった。充電時にリチウムイオンはグラファイトの中に入っていく。この仕組みを明らかにするため、第一原理クラスター計算によってリチウムが進入していくときのポテンシャル障壁が調べられた。電気化学的な測定から、端の閉じた構造から成るグラファイトは実際に電池として高い性能を示した。大きな放電容量をもち、不可逆的な容量は小さかった。このような表面構造は熱処理温度や粉砕する程度によって制御することができる。

B.Gao,A.Kleinhammers,X.P.Tang,C.Bower,L.Fleming,Y.Wu,O.Zhou, Chem.Phys.Lett 307,153-157(1999)