近年来,下游新能源汽车市场的繁荣带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。在负极材料中,类石墨碳材料占据了最重要的市场。
天然石墨阳极与人造石墨阳极
石墨负极材料分为人造石墨和天然石墨,两者结构相似,物理化学性质相同,但在实际应用中有很大不同。那么天然石墨和人造石墨谁是锂离子电池的宠儿呢?
定义
(1)天然石墨
石墨属于复杂的六方双锥晶体,是六方片状晶体。常见的单一形态有平行双面、六角双锥形和六角柱状,但完整的晶体形态很少,一般呈鳞片状或板状,集合体呈致密块状、土状或球状。
天然石墨有很多种。根据晶体形态的不同,天然石墨在工业上可分为致密结晶石墨、片状石墨和隐晶质石墨。中国主要有鳞片石墨和隐晶质石墨两种。天然石墨负极材料一般采用天然鳞片状结晶石墨为原料。
(2)人造石墨
所有经过高温有机碳化和石墨化得到的石墨材料都可以称为人造石墨。狭义的人造石墨通常是指通过配料、捏合、成型、碳化、石墨化等工艺制成的块状固体材料。以杂质含量低的碳质原料为骨料,以煤焦油沥青为粘结剂。
人造石墨的骨料可分为三类:煤系、石油系和煤与石油的混合物系。其中以煤基针状焦和石油焦的应用最为广泛:一般来说,针状焦作为高比容量阴极的原料,廉价的石油焦作为普通比容量阴极的原料,沥青作为粘结剂。
理化性质
就物理化学性质而言,天然石墨和人造石墨在性能上既有相同之处,也有不同之处。例如,天然石墨和人造石墨都是热和电的良导体,但对于纯度和粒度相同的石墨粉,天然鳞片石墨的传热和导电性能最好,其次是天然微晶石墨和人造石墨。两者各有优缺点,应用领域也有所不同。
天然石墨克容量高,工艺简单,价格低廉,但吸液和循环性能差。
人造石墨的工艺更复杂,成本更高,但其流通性和安全性能更好。
微观结构

天然石墨颗粒大小不一,分布广泛。未经处理的天然石墨不能直接用作阳极材料,需要经过一系列处理后才能使用。
人造石墨在形态和粒度分布上更加一致。一般认为天然石墨容量大,压实密度高,价格相对低廉。但由于粒径不同,表面缺陷较多,与电解液相容性较好,价格较高。
生产
天然石墨负极材料是由天然鳞片状结晶石墨经粉碎、球化、分级、提纯和表面处理而成,其高结晶度是自然形成的。
人造石墨是由骨料和粘结剂经粉碎、制粒、石墨化和筛分制成的。基本流程是一样的。
工厂人造石墨的制备工艺


动力电池更加宠爱人造石墨动力电池更青睐人造石墨。
目前,人造石墨和天然石墨是市场上主要的阳极材料。得益于动力电池的强劲需求,人造石墨因其可靠性和安全性成为负极材料市场的主流。
中国负极材料市场结构的变化


预计未来几年,由于新能源汽车的应用,人造石墨的比例将继续上升。目前国内新能源汽车锂电池的负极材料多采用人造石墨。在国家政策的支持下,新能源汽车正在爆发式增长,这将带动动力电池的大幅增长。未来几年,动力电池将是推动人造石墨产量大幅增长的主要引擎。