中國粉體網(wǎng)訊 石墨根據(jù)其原料和加工工藝的區(qū)別，分為天然石墨和人造石墨,，因其具有對鋰電位低、首次效率高,、循環(huán)穩(wěn)定性好,、成本低廉等優(yōu)點，石墨成為目前鋰離子電池應(yīng)用中理想的負(fù)極材料,。
天然石墨和人造石墨
天然石墨一般采用天然鱗片石墨為原料,，經(jīng)過改性處理制成球形天然石墨使用。天然石墨雖然應(yīng)用廣泛,，但存在幾個缺點：①天然石墨表面缺陷多,，比表面積大，首次效率較低,；②采用PC基電解液,，有嚴(yán)重的溶劑化鋰離子共嵌入現(xiàn)象，導(dǎo)致石墨層膨脹剝離,，電池性能失效,；③天然石墨具有強烈的各向異性，鋰離子僅能從端面嵌入,，倍率性能差易析鋰,。人造石墨一般采用致密的石油焦或針狀焦作為前驅(qū)體制成，避免了天然石墨的表面缺陷,，但仍存在因晶體各向異性導(dǎo)致倍率性能差,，低溫性能差，充電易析鋰等問題,。
圖1人造石墨（a）和天然石墨（b）的剖面SEM圖（資料來源：炭素技術(shù)）
如圖1所示,，人造石墨和天然石墨負(fù)極的剖面SEM圖對比,，人造石墨呈現(xiàn)不規(guī)整形狀，且內(nèi)部較密實,，天然石墨呈現(xiàn)球形或者類球形,，內(nèi)部蓬松具有很多孔隙。相對而言,，天然石墨容量高,、壓實密度高，而且價格便宜,。人造石墨各方面指標(biāo)相對較均衡,，在循環(huán)性能、與電解液相容性等方面具有優(yōu)勢,，但是其容量相對較低,、成本較高。
石墨負(fù)極材料的改性
天然石墨的改性：①針對天然石墨表面缺陷多和電解液耐受性差的問題,，采用不同的表面活性劑進行改性,。CHENG等通過強堿（KOH）水溶液刻蝕后高溫?zé)o氧氣氛燒結(jié)的方式，改變孔隙結(jié)構(gòu)表面,，增加石墨表面微孔和嵌鋰路徑的方式改善天然石墨倍率性能,。WU等采用不同強氧化劑溶液進行氧化處理，鈍化表面活性電位和還原性官能團,，改善天然石墨首次效率,。MATSUMOTU等采用ClF3對天然石墨進行氟化處理，發(fā)現(xiàn)充放電倍率和循環(huán)壽命均有效提高,。另一種處理方式是進行包覆改性,，將天然石墨無定形碳包覆，構(gòu)建“核－殼”結(jié)構(gòu)顆粒,，通常無定形碳的碳源為瀝青,、酚醛樹脂等低溫?zé)峤馓疾牧希紝拥拇嬖诓坏芨艚^電解液的直接接觸,，減少顆粒表面活性點,，降低比表面積，另外由于碳層較大的層間距,，還能降低界面阻抗,，提高鋰離子嵌入擴散能力；②針對天然石墨強烈各向異性的問題,，工業(yè)生產(chǎn)中常采用機械處理的手段對顆粒形貌進行球形化整形,，氣流整形機采用風(fēng)力沖擊的方式使顆粒之間相互摩擦，切削顆粒棱角,，此方法不會引入摻雜雜質(zhì),，球化效率高，但會導(dǎo)致大量顆粒粉化,，產(chǎn)率低,。機械融合機則利用物料在轉(zhuǎn)子中高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下緊貼器壁,，在轉(zhuǎn)子和定子擠壓頭之間高速穿過,。在這個瞬間，物料同時受到擠壓力和剪切力的作用,，在顆粒與顆粒之間及顆粒與設(shè)備之間摩擦力的作用下,，表面呈現(xiàn)一種機械熔融狀態(tài)，達到球形化的目的,。天然石墨經(jīng)過球形化處理,，粒徑D50范圍15-20μm，首次效率和循環(huán)性能明顯改善,，倍率性能大幅提升,。
人造石墨改性：人造石墨改性方式不同于天然石墨，一般通過顆粒結(jié)構(gòu)的重組實現(xiàn)降低石墨晶粒取向度（OI值）的目的,。通常選取直徑8-10μm的針狀焦前驅(qū)體,，采用瀝青等易石墨化材料作為粘結(jié)劑的碳源，通過滾筒爐處理,，使數(shù)個針狀焦顆粒粘合,，制成粒徑D50范圍14-18μm的二次顆粒后完成石墨化，有效降低材料OI值,。
針對負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場狀況,，中國粉體網(wǎng)將于10月18-19日在青島舉辦2022先進負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇，旨在為負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺,，開展產(chǎn),、學(xué)、研合作,，助推負(fù)極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展,。屆時，北京化工大學(xué)宋懷河教授將作題為《石墨負(fù)極材料的改性及其儲鋰性能》的報告,。報告將在總結(jié)目前炭負(fù)極材料結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)儲鋰性能關(guān)系的基礎(chǔ)上,，介紹課題組基于鋰離子電池的不同性能要求開展的石墨負(fù)極改性方面的工作，主要包括表面包覆,、二次造粒,、特殊結(jié)構(gòu)人造石墨合成、硅炭材料結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的研究進展,。
專家簡介：
宋懷河,，北京化工大學(xué)教授,、博士生導(dǎo)師，中國電工技術(shù)學(xué)會炭-石墨材料專業(yè)委員會委員,、中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長,、能源材料化學(xué)省部共建國家重點實驗室和先進化學(xué)蓄電技術(shù)與材料北京市重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員、材料電化學(xué)過程與技術(shù)北京市重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員兼副主任,，兼任《新型炭材料》《Nanomaterials》和《炭素》雜志編委會委員,，《北京化工大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)和《炭素技術(shù)》編輯委員會副主任。主要從事先進炭材料及其儲能應(yīng)用的研究,。主持國家“863”計劃,、國家自然科學(xué)基金重點、面上及企業(yè)合作項目多項,，在《J Am Chem Soc》《Angew ChemInt Ed》《Carbon》等發(fā)表SCI收錄論文280余篇,，被SCI他引13000余次。獲得國家發(fā)明專利47項,，申請56項,，實現(xiàn)專利成果轉(zhuǎn)化6項，獲得省部級科技成果獎勵2項,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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