锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点一、 石墨定义：1、 石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原 子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子2、 由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属 于导电体石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂二、 石墨的特殊性质：1、 导电性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍石墨能够导电是因为石 墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自 由电子来传输电荷2、 导热性：导热性超过钢、铁、铅等金属材料导热系数随温度升高而降低， 甚至在极高的温度下，石墨成绝热体3、 耐高温性：石墨的熔点为3850±50°C，沸点为4250°C，即使经超高温电弧 灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小石墨强度随温度提高而加强，在 2000 C时，石墨强度提高一倍4、 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越 小，润滑性能越好由于其润滑性，在超细研磨里难度很高，使用叁星飞荣立 式砂磨机可以研磨到纳米级别细度5、 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。

6、 可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片7、 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温 度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹三、 石墨的中国产地：1、 我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地以及黑龙江省的 七台河市、鹤岗市和双鸭山市等2、 山东省莱西市为我国石墨重要产地之一3、 吉林省磐石市也是石墨产地之一4、 内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿5、 陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带四、 石墨世界着名产地：1、 纽约 Ticonderoga2、 马达加斯加3、 斯里兰卡（Ceylon）五、 石墨分类： 1、天然石墨：石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态结晶形态不同的石 墨矿物，具有不同的工业价值和用途2、人造石墨：广义上，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，如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等而狭义上的人造石 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，如石墨电极、等静压 石墨等人造石墨就成型方式通常可分为：振动成型，挤压成型，模压成型，等静压成 型。

3、块状石墨:块状石墨又叫致密结晶状石墨此类石墨结晶明显晶体肉眼可 见颗粒直径大于0. 1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造这种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60〜 65%，有时达80〜98%，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好4、鳞片石墨：石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大 鳞片和细鳞片之分此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2〜3%，或10〜 25%之间是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨 精矿这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的 工业价值最大5、隐晶质石墨：隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径 一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有 在电子显微镜下才能见到晶形此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润 滑性比鳞片石墨稍差品位较高一般的60〜85%少数高达90%以上一般 应用于铸造行业比较多主要蕴藏在湖南郴州鲁塘随着石墨提纯技术的提高土状石墨应用越来越广泛六、石墨特种成型方式: 石墨在工业上运用极广，几乎每个行业都会用到。

工业上多用的是人造石墨， 也就是特种石墨按其成型的方式可分为以下几种1、 等静压石墨也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等静压2、 模压石墨3、 挤压石墨，多为电极材料其中按石墨的颗粒度分，也可分为：1、 细节构石墨2、 中粗石墨（一般的颗粒度在0.8mm左右）3、 电极石墨（2-4mm）七、石墨晶体结构：1、 金属晶体：在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个 碳原子以三个共价键与另外三个原子相连六个碳原子在同一个平面上形成了 正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属 于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体在同一平面的 碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠电子比较自由，相当于金属中的 自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征因此也归类于金属 晶体2、 混合晶体：石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力 结合起来的，即层与层之间属于分子晶体但是，由于同一平面层上的碳原子 间结合很强，极难破坏，所以石墨的熔点也很高，化学性质也稳定鉴于它的特殊的成键方式，不能单一的认为是原子晶体或者是分子晶体，按现 代的表述方式，认为石墨是一种混合晶体。

八、石墨的应用：1、 作耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主 要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬2、 作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流 器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等3、 作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂润滑油往往不能在高 速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 °C温度中在 很高的滑动速度下，不用润滑油工作许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石 墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油石墨乳也是 许多金属加工（拔丝、拉管）时的良好的润滑剂4、 石墨具有良好的化学稳定性经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性 好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、 吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备广泛应用于石油化工、湿法冶金、 酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料5、 不透性石墨的品种因所含树脂不同，耐蚀性也有差异如酚醛树脂浸渍者 耐酸，但不耐碱；糠醇树脂浸渍者既耐酸，又耐碱不同品种的耐热性也有差 异：碳和石墨在还原性气氛中可耐2000~3000C，在氧化气氛中分别在350C 和400 r开始氧化；不透性石墨品种随浸渍剂而异，一般由酚醛或糠醇浸渍者 耐热在180°C以下。

6、 作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能 耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸 精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金 属生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟 单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯 石墨加工而成的此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉 炉管，棒、板、格棚等元件7、 用于原子能工业和国防工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆 中，铀一石墨反应堆是应用较多的一种原子反应堆作为动力用的原子能反应 堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上 述要求作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个 PPM特别是其中硼含量应少于0.5PPM在国防工业中还用石墨制造固体燃 料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料8、石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉（每 吨水大约用4~5克）能防止锅炉表面结垢此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥 梁、管道上可以防腐防锈。

9、石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂石墨经过特殊加工以后，可以制作各种 特殊材料用于有关工业部门10、电极：20世纪60年代，铜做为电极材料被广泛应用，使用率约占90%， 石墨仅有10%左右；21世纪，越来越多的用户开始选择石墨作为电极材料，在 欧洲，超过90%以上的电极材料是石墨石墨超细研磨均需使用叁星飞荣立式 砂磨机，才能有效研磨到纳米级别，应用到电池里面去，发挥石墨的巨大作用九、石墨新用途: 1、柔性石墨又称膨胀石墨1971年美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了 原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产这种产品除具有天然 石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性是一种理想的密封材料广 泛用于石油化工、原子能等工业领域国际市场需求量逐年增长2、轻工业应用：此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是 制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料它是一种 很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池随着现代科学技术和工业的 发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重 要原料，在国民经济中具有重要的作用十、石墨应用在电池负极材料的优点:1、 首先石墨来源丰富。

2、 经过改性后振实密度高3、 电化学性能稳定4、 比容量可以做到跟理论容量比较接近卜一、石墨应用在电池负极材料的缺点: 1、克容量不足，不太能满足动力电池的需求2、如果纯度不够，副反应较多3、 层状结构稳定性有待提高4、 倍率性能不好5、 充放电平台过低。