中國粉體網(wǎng)訊 人造石墨具有質(zhì)輕、耐高溫、耐酸堿、自潤滑、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在航天航空、汽車、船舶、化工等領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。在鋰電領(lǐng)域，人造石墨由于容量高、循環(huán)和倍率性能良好、與電解液適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好等特點，它在鋰離子電池負(fù)極材料市場占有率也逐年增長。
1、什么是人造石墨粉
人造石墨制品在機(jī)械加工過程中產(chǎn)生一定數(shù)量的切削碎，簡稱人造石墨粉。
人造石墨粉（圖片來源：青島浩源石墨）
像熱交換器、反應(yīng)槽、過濾器、活塞環(huán)、密封圈和軸承等高端石墨制品大多由高強(qiáng)度、高密度人造石墨坯體切削加工而成，但由于人造石墨脆性大、切削加工性不佳以及刀具干涉的存在，采取傳統(tǒng)的機(jī)械切削加工會產(chǎn)生大量的人造石墨粉塵。人造石墨粉塵難以回收再利用，處理不好還會造成粉塵污染。人造石墨制品由于用途不同，其用料和工藝過程有所不同，產(chǎn)生的石墨粉理化性能也有差異。全球年產(chǎn)各類人造石墨制品大約300萬t，因加工切削或裂紋廢品大約有20%-30%轉(zhuǎn)化為人造石墨粉。
石墨制品（圖片來源：三聯(lián)石墨制品、青島昱博石墨科技）
目前，對于人造石墨粉的開發(fā)應(yīng)用，主要是作為生產(chǎn)電池負(fù)極材料原材料或作為添加劑改善復(fù)合材料性能。
中高端人造石墨負(fù)極材料大都是以石油焦、針狀焦為原料，經(jīng)過制粉、二次造粒、瀝青包覆、炭化、石墨化等工序制備完成，生產(chǎn)工藝流程長，制造成本也較高。
直接以人造石墨粉制備的負(fù)極材料比表面積高、振實密度低，一般作為低端負(fù)極材料使用。
有研究發(fā)現(xiàn)，將人造石墨粉與硬碳粉末按照3：7質(zhì)量比混合，所制成的復(fù)合負(fù)極材料的綜合性能最優(yōu)，低溫性能獲得明顯改善。還有研究者用改性瀝青對人造石墨粉進(jìn)行包覆、預(yù)氧化、炭化處理后，大幅度提高了負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
2、人造石墨粉分類及性能
根據(jù)石墨粉骨料焦炭的不同，人造石墨粉可分為接頭電極、超高功率、高功率、普通功率電極石墨粉和特種石墨制品石墨粉。
對照GB/T24533--2019鋰離子電池石墨類負(fù)極材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)石墨類負(fù)極材料的含碳量可以分為4類：≧99.97%、≧99.95%、≧99.90%、≧99.70%。按鐵含量可以分為5類：≦10×10-6、≦20×10-6、≦30×10-6、≦50×10-6、≤100×10-6。碳含量越高、鐵含量越低的石墨類負(fù)極材料質(zhì)量等級越高。由圖l可見，接頭電極石墨粉從性能上可以滿足石墨類負(fù)極材料的基本質(zhì)量要求，而高功率、普通石墨電極和特種石墨粉石墨化度低、碳含量低、灰分和鐵含量高，與負(fù)極材料質(zhì)量要求有較大的差距。
圖1
3、人造石墨粉制備的負(fù)極材料電化學(xué)性能
研究者分別取人造石墨制品加工線上的石墨粉在渦輪氣流磨粉機(jī)粉碎、整形、球化分級制備成粒徑D50在18-22μm負(fù)極材料。將制備得到的負(fù)極材料按照國標(biāo)GB/F24533-2019《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》的檢測、檢驗方法對其物化性能進(jìn)行測試。之后，制成LIR2025型扣式電池，對其電化學(xué)性能進(jìn)行測試分析，其物化性能與電化學(xué)性能如圖2。
圖2
可以看出，不同的人造石墨粉都可以制備出具有電化學(xué)活性的負(fù)極材料，其中接頭石墨粉、超高功率電極石墨粉負(fù)極材料的比容量、首次庫倫效率比較好。普通電極、特種石墨制品因為石墨化度低，制備的負(fù)極材料比容量低。
4、人造石墨粉制備負(fù)極材料存在的不足及改性
研究者以電極接頭石墨粉為例，分析了電極接頭石墨粉中灰分與鐵含量，以及負(fù)極材料鐵含量對電池的危害。由于人造石墨制品表層粘附石墨化爐電阻料等雜質(zhì)，不預(yù)處理這些雜質(zhì)，會使石墨粉灰分和鐵含量明顯增加，對制備的負(fù)極材料質(zhì)量有嚴(yán)重影響。試驗研究表明，表層清洗凈化對降低石墨粉中的灰分和鐵含量效果非常明顯。
人造石墨粉經(jīng)過高速渦流機(jī)械破碎磨粉轉(zhuǎn)化為微米級顆粒粉體后，表面形貌及微觀結(jié)構(gòu)會發(fā)生微妙變化，表現(xiàn)出表面鱗屑碎片增多、比表面積增大及振實密度不高的缺陷，影響電化學(xué)性能的充分發(fā)揮。針對存在的缺陷通過適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)改性處理，用石墨粉可以制備出中高端負(fù)極材料。
總體而言，人造石墨粉制備負(fù)極材料是綠色環(huán)保節(jié)能的負(fù)極材料生產(chǎn)方案，值得研究推廣。通過加強(qiáng)人造石墨粉應(yīng)用于負(fù)極材料方面的研究，相信未來這一領(lǐng)域會有很好的提升空間。
參考來源：
[1]吳世峰等.人造石墨粉制備鋰離子電池負(fù)極材料的工藝技術(shù)研究
[2]吳海華等.人造石墨粉末選擇性激光燒結(jié)成形工藝實驗研究
[3]陳果等.人造石墨-硬碳復(fù)合負(fù)極材料的性能研究
[4]馮國飛等.瀝青包覆人造石墨炭化處理工藝
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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