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【原創】天然石墨VS人造石墨,誰才是動力電池真正的寵兒?


來源:中國粉體網   橙子

[導讀]  近幾年,下游新能源汽車市場的繁榮拉動了鋰離子電池需求的增長,負極材料作為鋰離子電池的四大關鍵材料之一,也迎來了更廣闊的市場。而在負極材料中石墨類碳材料占據最主要市場。

近幾年,下游新能源汽車市場的繁榮拉動了鋰離子電池需求的增長,負極材料作為鋰離子電池的四大關鍵材料之一,也迎來了更廣闊的市場。而在負極材料中石墨類碳材料占據最主要市場。


天然石墨負極VS人造石墨負極


石墨負極材料分為人造石墨和天然石墨,二者結構相近,物理化學性質相同,但在實際應用中有較大差異,那么天然石墨和人造石墨究竟誰是鋰離子電池的寵兒?


  • 定義


(1)天然石墨


石墨屬復六方雙錐晶類,呈六方板狀晶體,常見單形有平行雙面、六方雙錐、六方柱,但完好晶形少見,一般呈鱗片狀或板狀,集合體呈致密塊狀、土狀或球狀。


天然石墨的種類較多,根據結晶形態不同,工業上將天然石墨分為致密結晶狀石墨、鱗片石墨和隱晶質石墨三類。我國主要有鱗片石墨和隱晶質石墨兩大類。天然石墨負極材料一般采用采用天然鱗片晶質石墨為原料。 


(2)人造石墨


一切通過有機炭化再經過石墨化高溫處理得到的石墨材料均可稱為人造石墨,狹義上的人造石墨通常指以雜質含量較低的炭質原料為骨料、煤瀝青等為粘結劑,經過配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的塊狀固體材料。 


人造石墨的骨料分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類。其中煤系針狀焦以及石油焦應用最廣:一般來講,高比容量的負極采用針狀焦作為原材料,普通比容量的負極采用價格便宜的石油焦作為原料,瀝青作為粘結劑。


  • 理化性質


在理化性質方面,天然石墨與人造石墨既有共性,也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導體,但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說,天然鱗片石墨的傳熱性能和導電性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。兩者性能有著各自的優缺點,應用領域也有所不同。


天然石墨克容量較高、工藝簡單、價格便宜,但吸液及循環性能差一些;


人造石墨工藝復雜些、價格貴些,但循環及安全性能較好。


  • 微觀形貌

 


從上圖中就可以看出天然石墨和人造石墨在形貌上的區別。


天然石墨大小顆粒不一,粒徑分布廣,未經處理的天然石墨是不能作為負極材料直接使用的,需要經過一系列的加工后才能使用。


而人造石墨在形貌以及粒徑分布上就一致多了,一般認為,天然石墨的容量高,壓實密度高,價格也比較便宜,但是由于顆粒大小不一,表面缺陷較多,與電解液的相容性也比較好,價格也會貴一些。


  • 生產制備


天然石墨負極材料是采用天然鱗片晶質石墨,經過粉碎、球化、分級、純化、表面等工序處理制得,其高結晶度是天然形成的。


人造石墨是將骨料和粘結劑進行破碎、造粒、石墨化、篩分而制成。基本的工序流程是一致的。


某廠人造石墨制備流程

 



動力電池更加寵愛人造石墨


目前市場上負極材料主要以人造石墨與天然石墨為主,受益于動力電池的強勁需求,人造石墨以其可靠性和安全性成為了負極材料的市場主流。


中國負極材料市場結構變動


 

我國負極材料市場產量結構變化(噸)

 

天然石墨和人造石墨負極材料性能不同,在實際應用中也會產生較大差別。根據最近幾年負極材料市場結構和產量結構的變化可以看出,2013年,中國負極材料市場天然石墨占據主導。2014年以后,在負極材料市場的爭奪中,更適用于動力電池的人造石墨市場占比超過天然石墨,并且逐年遞增。


預計未來幾年,受新能源汽車應用影響,人造石墨占比將繼續上升:目前國內新能源汽車鋰電池所采用的負極材料大多使用人造石墨,新能源汽車在國家政策的扶持下呈爆發式增長階段,帶動動力電池的大幅增長,未來幾年動力電池將是拉動人造石墨產量大幅上升的主要引擎。

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