如何提高天然石墨负极性能

锂离子电池电化学性能的关键是正负极材料和电解液的性能，其中正极材料对锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环寿命影响很大。由于成本低、价格低、安全性高，石墨目前仍是锂离子电池正极材料企业中的主流正极材料。石墨材料主要分为人造石墨和天然石墨。

其中，鳞片石墨作为天然石墨负极材料的原料。由于鳞片石墨的各向异性和层间距小，直接用作负极材料时循环性能和倍率性能较差。因此，需要进行一系列处理以改善锂离子在正极材料中的扩散并最终得到应用。

一、天然石墨的定义及分类

石墨是碳的同素异形体。为灰黑色不透明固体，化学性质稳定，耐腐蚀。不易与酸、碱等化学物质发生反应。天然石墨是自然界中自然形成的石墨，一般出现在石墨片岩、石墨片麻岩、含石墨片岩和变质页岩等矿石中。

 

天然石墨按其晶型可分为结晶石墨（片状石墨）和隐晶质石墨（土状石墨）两种。其中，结晶石墨按固定碳含量可分为高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨和低碳石墨。

2. 天然石墨与人造石墨，哪个更好

天然石墨颗粒大小不一，粒度分布较宽。开采出来的天然石墨原矿需要经过浮选、球化、表面包覆等工序，才能制成天然石墨负极材料。人造石墨的形状和粒度分布比较一致。天然石墨容量大，压实密度高，价格相对便宜。但由于粒径不同，表面缺陷较多，与电解液的相容性较差，副反应较多。

人造石墨的性能比较均衡，循环性能好，与电解液的相容性也比较好，所以价格会贵一些。天然石墨虽然具有成本和比容量优势，但循环寿命低，稠度低于人造石墨。与天然改性石墨相比，我国人造石墨技术更加成熟。

 

天然石墨主要用于电子产品的小型锂电池和通用锂电池。符合汽车电池电压要求的人造石墨广泛应用于汽车动力电池，并以其优异的循环性能、高倍率充放电效率和电解液相容性等特点，应用于高端电子产品。

目前，随着动力电池市场的不断扩大，对材料成本、加工性能、能量密度、循环寿命、快充速率等因素的综合要求提高，助力人造石墨成为我国最重要的材料。负极材料。人造石墨和天然石墨的技术路线并没有明确的区分，更多的是基于自己技术路线的选择。

三、提高天然石墨负极性能的方法

球化

鳞片天然石墨具有各向异性，层间距小，这些缺点可以通过球化来改善。球化过程实际上相当于鳞片状天然石墨的造粒过程。鳞片石墨在气流的冲击下发生碰撞、破碎、卷曲，形成芯体，粒径较小的细鳞片附着在芯体表面，形成球形石墨。目前，在石墨行业，球形石墨的粒径大多控制在8-23μm。

粒径过小导致比表面积过大，导致正极材料形成过程中副反应过多，锂离子消耗过多，初始充放电效率降低。反之，粒径过大，石墨颗粒与电解液的接触面积小，锂离子扩散距离过大，会影响其比容量。

 

但鳞片石墨在球化过程中会产生一定的孔隙，在一定程度上影响负极材料的循环寿命和倍率性能。另一方面，球形石墨内部片状石墨的卷曲、折叠和紧密堆叠，会使内部产生一定程度的应力集中，在一定程度上加剧片状石墨的解离和脱落，从而造成异常储锂现象。目前，球形石墨的质量主要通过振实密度、粒度分布、比表面积等物理指标来判断。

涂层

仅仅球化是不够的，因为球化后，鳞片状天然石墨的鳞片边缘直接暴露在球形石墨表面，从而影响正极材料的稳定性。因此，还需要在球形石墨表面包覆非晶碳材料或金属及其氧化物的改性层，以提高固体电解质界面膜（SEI）的致密性和稳定性。

目前，包覆材料一般为沥青。沥青是一种复杂组分的混合物，具有不同的组分，甲苯不溶物和喹啉不溶物含量。碳化后涂层的软化点、残炭率、微观结构差异较大，对循环性能影响很大。此外，树脂材料、马来酸钠、氧化铝等均可用作包覆材料。

由于无定形碳层间距大，锂离子相对容易扩散，这相当于在球形石墨表面构建了一个锂离子扩散缓冲层。经过球化和涂层改性后，天然石墨负极材料的比容量、首次循环效率和循环性能均有显着提高。现阶段主要应用于3C数码及小功率电子产品领域。

其他的

 

目前，通过在石墨表面构建孔隙结构来增加锂离子的快速迁移通道也是提高天然石墨倍率性能的有效手段之一。此外，微膨胀处理是另一种提高天然石墨倍率性能的常用方法，它通过调节石墨的层间距来降低锂离子的扩散阻力。目前，最常见的微膨胀处理工艺是化学氧化。除了工艺之外，试剂的选择和操作工艺条件的优化也是提高负极材料倍率性能的重要方向之一。

4。结论

提高天然石墨负极材料的电化学性能，关键在于扩大石墨层间距，增加微孔数量，提高锂离子的迁移速率，促进锂离子在界面的吸附和扩散反应. 改变石墨微晶结构，为锂离子储存和扩散提供更多的活性位点和空间。