鋰離子電池石墨負極材料的優(yōu)點和缺點

1、鋰離子電池石墨負極材料的優(yōu)點和缺點一、石墨定義：1、石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方 式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。2、由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。 石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。二、石墨的特殊性質(zhì)：1、導電性： 石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。石墨能夠?qū)щ娛且驗槭忻總€碳 原子與其他碳原子只形成 3個共價鍵, 每個碳原子仍然保留 1個自由電子來傳輸電荷。2、導熱性： 導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極 高的溫度下，石墨

2、成絕熱體。3、耐高溫性：石墨的熔點為3850士 50C，沸點為4250C，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000C時，石墨強度提高一倍。4、潤滑性： 石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性 能越好。由于其潤滑性，在超細研磨里難度很高，使用叁星飛榮立式砂磨機可以研磨到 納米級別細度。5、化學穩(wěn)定性： 石墨在常溫下有良好的化學穩(wěn)定性， 能耐酸、 耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。6、可塑性： 石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。7、抗熱震性： 石墨在常溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時， 石墨的體積變化不大，不

3、會產(chǎn)生裂紋。三、石墨的中國產(chǎn)地：1、我國以黑龍江雞西市恒山區(qū)密山市柳毛鄉(xiāng)為最大的產(chǎn)地。以及黑龍江省的七臺河市、 鶴崗市和雙鴨山市等。2、山東省萊西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一。3、吉林省磐石市也是石墨產(chǎn)地之一。4、內(nèi)蒙古烏拉特中旗高勒圖礦區(qū)發(fā)現(xiàn)全國最大晶質(zhì)石墨單體礦。5、陜西省煤田地質(zhì)局一九四隊在陜西洋縣發(fā)現(xiàn) 3 條石墨礦帶。四、石墨世界著名產(chǎn)地：1、紐約 Ticonderoga 。2、馬達加斯加。3、斯里蘭卡（ Ceylon）。五、石墨分類：1、天然石墨： 石墨的工藝特性主要決定于它的結晶形態(tài)。結晶形態(tài)不同的石墨礦物，具 有不同的工業(yè)價值和用途。2、人造石墨： 廣義上，一切通過有機炭化再經(jīng)過石墨

4、化高溫處理得到的石墨材料均可稱 為人造石墨，如炭纖維、熱解炭、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常指以雜質(zhì)含量 較低的炭質(zhì)原料為骨料、煤瀝青等為粘結劑，經(jīng)過配料、混捏、成型、炭化和石墨化等 工序制得的塊狀固體材料，如石墨電極、等靜壓石墨等。人造石墨就成型方式通常可分為：振動成型，擠壓成型，模壓成型，等靜壓成型。3、塊狀石墨： 塊狀石墨又叫致密結晶狀石墨。此類石墨結晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直 徑大于 01 毫米，比表面積范圍集中在 0.1-1m 2/g ，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構 造。這種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為6065%有時達8098%但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。4、鱗片

5、石墨： 石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細鱗 片之分。此類石墨礦石的特點是品位不高，一般在23%或10 25%之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑 性、可塑性均比其他類型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價值最大。5、隱晶質(zhì)石墨： 隱晶質(zhì)石墨又稱微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見 到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性比鱗片石墨稍差。品位較高。 一般的 60 85%。少數(shù)高達 90%以上。一般應用于鑄造行業(yè)比較多

6、。主要蘊藏在湖南郴州 魯塘。隨著石墨提純技術的提高。土狀石墨應用越來越廣泛。六、石墨特種成型方式： 石墨在工業(yè)上運用極廣，幾乎每個行業(yè)都會用到。工業(yè)上多用的是人造石墨，也就是特 種石墨。按其成型的方式可分為以下幾種。1、等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等靜壓。2、模壓石墨。3、擠壓石墨，多為電極材料。其中按石墨的顆粒度分，也可分為：1 、細節(jié)構石墨。2、中粗石墨（一般的顆粒度在 0.8mm左右）。3、電極石墨（ 2-4mm）。七、石墨晶體結構：1、金屬晶體：在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連。六個碳原子在同一個平

7、面上形成了正六連連形的環(huán)，伸展成片層結構，這里C-C鍵的鍵長皆為142pm這正好屬于原子晶體的鍵長范圍，因此對 于同一層來說，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個 p 軌道，它們相互重 疊。電子比較自由，相當于金屬中的自由電子，所以石墨能導熱和導電，這正是金屬晶 體特征。因此也歸類于金屬晶體。2、混合晶體：石墨晶體中層與層之間相隔340pm距離較大，是以范德華力結合起來的， 即層與層之間屬于分子晶體。但是，由于同一平面層上的碳原子間結合很強，極難破壞， 所以石墨的熔點也很高，化學性質(zhì)也穩(wěn)定。鑒于它的特殊的成鍵方式，不能單一的認為是原子晶體或者是分子晶體，按現(xiàn)代的表述 方式，認為石墨是一

8、種混合晶體。八、石墨的應用：1、作耐火材料： 石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造 石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護劑，冶金爐的內(nèi)襯。2、作導電材料： 在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極， 石墨墊圈、電話零件，電視機顯像管的涂層等。3、作耐磨潤滑材料： 石墨在機械工業(yè)中常作為潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在2002000 C溫度中在很高的滑動速度下，不 用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸 承，它們運轉(zhuǎn)時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管

9、）時的良好的潤滑劑。4、石墨具有良好的化學穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導熱性好，滲透率 低等特點，就大量用于制作熱交換器，反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加 熱器、過濾器、泵設備。廣泛應用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙 等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。5、不透性石墨的品種因所含樹脂不同，耐蝕性也有差異。如酚醛樹脂浸漬者耐酸，但不 耐堿；糠醇樹脂浸漬者既耐酸，又耐堿。不同品種的耐熱性也有差異：碳和石墨在還原 性氣氛中可耐20003000C，在氧化氣氛中分別在 350C和400C開始氧化；不透性石墨 品種隨浸漬劑而異，一般由酚醛或糠醇浸漬者耐熱在180C以下。

10、6、作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料： 由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱 的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品 率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金 工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝，區(qū)域精煉容 器，支架夾具，感應加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的 石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。7、用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)： 石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料

11、應當 具有高熔點，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的 石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應超過幾十個 PPM。特別是其中硼含量應少于0.5PPM。 在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件， 隔熱材料和防射線材料。8、 石墨還能防止鍋爐結垢 ，有關單位試驗表明，在水中加入一定量的石墨粉（每噸水大 約用 45 克） 能防止鍋爐表面結垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防 腐防銹。9、石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。 石墨經(jīng)過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用 于有關工業(yè)部門。10、電極： 20 世紀 60 年代，銅做為電極材料

12、被廣泛應用， 使用率約占 90%，石墨僅有 10%左右； 21 世紀，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90%以上的電極材料是石墨。石墨超細研磨均需使用叁星飛榮立式砂磨機，才能有效研磨到納米級 別，應用到電池里面去，發(fā)揮石墨的巨大作用。九、石墨新用途：1、柔性石墨又稱膨脹石墨。 1971 年美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門 泄漏問題，隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外， 還具有特殊的柔性和彈性。是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè) 領域。國際市場需求量逐年增長。2、輕工業(yè)應用： 此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、 墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料， 美國已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學技術和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應用領域還在不斷 拓寬，已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。十、石墨應用在電池負極材