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材料冶金
天然石墨VS人造石墨,谁才是动力电池真正的宠儿?
来源:粉体网2018-08-231786
         近几年,下游新能源汽车市场的繁荣拉动了锂离子电池需求的增长,负极材料作为锂离子电池的四大关键材料之一,也迎来了更广阔的市场。而在负极材料中石墨类碳材料占据最主要市场。

天然石墨负极VS人造石墨负极

石墨负极材料分为人造石墨和天然石墨,二者结构相近,物理化学性质相同,但在实际应用中有较大差异,那么天然石墨和人造石墨究竟谁是锂离子电池的宠儿?

定义

(1)天然石墨

石墨属复六方双锥晶类,呈六方板状晶体,常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱,但完好晶形少见,一般呈鳞片状或板状,集合体呈致密块状、土状或球状。

天然石墨的种类较多,根据结晶形态不同,工业上将天然石墨分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨三类。我国主要有鳞片石墨和隐晶质石墨两大类。天然石墨负极材料一般采用采用天然鳞片晶质石墨为原料。

(2)人造石墨

一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料。

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。其中煤系针状焦以及石油焦应用最广:一般来讲,高比容量的负极采用针状焦作为原材料,普通比容量的负极采用价格便宜的石油焦作为原料,沥青作为粘结剂。

理化性质

在理化性质方面,天然石墨与人造石墨既有共性,也存在性能上的差异。如天然石墨与人造石墨都是热和电的良导体,但对于相同纯度和粒度的石墨粉体来说,天然鳞片石墨的传热性能和导电性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。两者性能有着各自的优缺点,应用领域也有所不同。

天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜,但吸液及循环性能差一些;

人造石墨工艺复杂些、价格贵些,但循环及安全性能较好。

微观形貌

从上图中就可以看出天然石墨和人造石墨在形貌上的区别。

天然石墨大小颗粒不一,粒径分布广,未经处理的天然石墨是不能作为负极材料直接使用的,需要经过一系列的加工后才能使用。

而人造石墨在形貌以及粒径分布上就一致多了,一般认为,天然石墨的容量高,压实密度高,价格也比较便宜,但是由于颗粒大小不一,表面缺陷较多,与电解液的相容性也比较好,价格也会贵一些。

生产制备

天然石墨负极材料是采用天然鳞片晶质石墨,经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制得,其高结晶度是天然形成的。

人造石墨是将骨料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。基本的工序流程是一致的。

某厂人造石墨制备流程

动力电池更加宠爱人造石墨

目前市场上负极材料主要以人造石墨与天然石墨为主,受益于动力电池的强劲需求,人造石墨以其可靠性和安全性成为了负极材料的市场主流。

中国负极材料市场结构变动

我国负极材料市场产量结构变化(吨)

天然石墨和人造石墨负极材料性能不同,在实际应用中也会产生较大差别。根据最近几年负极材料市场结构和产量结构的变化可以看出,2013年,中国负极材料市场天然石墨占据主导。2014年以后,在负极材料市场的争夺中,更适用于动力电池的人造石墨市场占比超过天然石墨,并且逐年递增。

预计未来几年,受新能源汽车应用影响,人造石墨占比将继续上升:目前国内新能源汽车锂电池所采用的负极材料大多使用人造石墨,新能源汽车在国家政策的扶持下呈爆发式增长阶段,带动动力电池的大幅增长,未来几年动力电池将是拉动人造石墨产量大幅上升的主要引擎。

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