天然石墨和合成石墨是锂离子电池（LIBs）中最常见的负极材料，因为它们具有高可逆电化学容量、良好的循环稳定性和低成本（1），（2）。然而，使用原始石墨面临几个挑战。首先，原始石墨对基于碳酸丙烯酯（PC）的电解质敏感。在充电过程中，锂离子嵌入石墨层间空间，而电解质在负极表面分解，形成稳定的固体电解质界面（SEI）层，减缓了进一步的分解。但是，当PC作为溶剂时，锂离子和溶剂分子会在石墨层内共嵌入。这一过程导致石墨在循环过程中剥落[3]，最终导致PC分解、丙烯气体释放和潜在的点火[4]。其次，锂离子电池负极的电化学性能不仅取决于材料本身的物理化学性质，还取决于颗粒结构和形态[5]。原始天然石墨的高各向异性使其应用复杂化，这体现在材料性质和颗粒几何形状上。具体来说， basal平面和边缘平面之间的尺寸差异阻碍了石墨在集流体上的均匀分布。石墨颗粒在沉积过程中会形成优先取向： basal平面与基底平行排列，而边缘平面垂直排列[4]。这种取向导致颗粒间的电接触较弱，锂离子嵌入效率低下，因为通过边缘平面的离子嵌入在热力学上更为有利（6），（7）。
为了改善电解质对石墨边缘平面的接触，通常采用球形化来修改颗粒形状。这一过程重新分布了 basal平面和边缘平面，减少了结构各向异性以及石墨电化学性能对电流方向的依赖性[8]。多项研究报道了针对粉末材料（包括石墨）的有效机械球形化技术（9），（10），（11）。
除了形状改性外，其他研究还提出了在石墨颗粒表面沉积额外的碳层。研究（12），（13），（14），（15），（16），（17），（18）表明，含有薄层非石墨化热解碳层的双相活性负极材料比原始石墨具有更好的循环性能和倍率性能。碳涂层作为石墨颗粒的保护层，同时保持了高效的锂离子嵌入。值得注意的是，这种碳涂层减少了比表面积并增加了负极质量。研究（19），（20）表明，颗粒比表面积的减小与库仑效率的提高相关，库仑效率定义为可逆容量与不可逆容量的比值。
鉴于石墨改性在储能负极材料制备中的关键作用，该过程应具有成本效益、可扩展性和快速性。改性通常涉及在石墨颗粒表面热分解碳前驱体（21），（22），（23），（24），（25）。然而，对流加热通常需要数小时才能完成整个过程。为了缩短改性时间，可以采用微波加热等替代加热方法。例如，微波加热将改性时间缩短至30秒，从而提高了可逆电化学效率和长期循环稳定性[26]。也有研究报道了微波处理对电化学参数的改善（27）。范伟（W. Fan）等人表明，微波辅助再生的石墨在0.1 C电流下具有354.1 mAh g-1
尽管实验研究表明了微波加热的好处，但往往忽略了对其加热机制的详细分析。由于微波加热源于介电、磁性和/或传导损耗，因此确定主导的吸收机制并考虑样品体积内的电磁场分布至关重要。为了进行全面准确的研究，必须考虑流体动力学和电磁学等耦合的多物理现象（28），（29）。
因此，本研究旨在提供微波辅助石墨改性的流体动力学和电磁现象的全面分析。文章分为计算部分和实验部分，旨在确定均匀稳定石墨改性的最佳参数。计算部分展示了多物理场建模结果，以确定所需的气体流速和最佳样品配置，以实现最均匀的加热分布。在实验部分，我们验证了计算模型并分析了微波辐照下石墨颗粒上的热解碳沉积情况。
