什么是石墨负极材料？种类及制备方法介绍

1.什么是石墨负极材料

石墨负极材料是电池材料的一种，由石墨制造，石墨负极材料的理论容量为372m Ah/g,但实际比容量为330~370m Ah/g;石墨负极材料由于具有成本低、能量密度高等优势一直占据着整个锂离子负极材料市场的主导地位。

2.石墨负极材料的种类及制备方法

(1)天然石墨材料：

天然石墨可分为鳞片石墨和土状石墨，负极材料通常采用鳞片石墨，其储量大、成本低、电势低且曲线平稳、在合适的电解质中首周库仑效率为90%~93 %、可逆容量可达340~370 mAh·g-1，是最主流的锂离子电池负极材料之一。

然而，天然石墨规则的层状结构导致了其较高的各向异性，会出现锂离子嵌入迟缓和石墨微粒与集流体接触不充分的现象，这也是天然石墨倍率性能低的主要原因，常采用机械研磨法处理，以增加天然石墨的各向同性。与低温性能良好的碳酸丙烯酯(PC)基电解质不相容也是天然石墨的主要缺点，通常采用电解质中增加添加剂与石墨表面包覆进行改性。

目前天然石墨改性的方法主要有球形化处理、表面处理和掺杂处理。

石墨球形化处理使其粒度可控、粒度分布集中、颗粒圆整、表面光滑、振实密度增大和比表面积减小，从而减少石墨与电解液反应;表面处理(又分为表面氧化、表面氟化和表面孔隙结构)是通过化学反应方式改变改善石墨倍率性能及循环稳定性等;掺杂处理因掺杂元素不同表现出的优化效果存在差异，如添加同样具有储锂能力的元素(Si、Sn)对石墨负极材料比容量有所提高。

综合比较得知，石墨球化改性相比其他改性方法，具有工艺简单、成本低、无杂质引入等优点，是目前市场上的最常见的处理方式，而且是天然石墨负极材料制作过程中必不可少的一个工艺环节。

(2)人造石墨材料：

人造石墨的制备需要经过“破碎、造粒、石墨化、筛分”四个大工序和和许多小小工序，其中的造粒和石墨化两个环节都有很高的技术壁垒。

人造石墨的骨料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类，其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广。石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物，是人造石墨的主要原材料，按其热处理温度的不同分为生焦和煅烧焦;针状焦是一种具有明显纤维状结构的优质焦炭，在平行于颗粒长轴方向上具有导电导热性能好，热膨胀系数小等优点且易于石墨化;沥青是煤焦油深加工的主要产品之一，在石墨生产过程中中作为粘结剂和浸渍剂使用。

就目前市场而言，高端负极采用针状焦作为原材料，中低端负极采用价格便宜的石油焦作为原料，沥青则作为粘结剂起到将不同粒子粘结到一起的作用。

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