中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石墨化是人造石墨負(fù)極材料生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。石墨化工藝按照加熱方式可以分為直接法和間接法，按照運(yùn)行方式可以分為間歇式和連續(xù)式。最早的石墨化技術(shù)是1985年艾奇遜發(fā)明的艾奇遜爐，隨著技術(shù)進(jìn)步，在艾奇遜爐的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了箱體石墨化、連續(xù)式石墨化等技術(shù)。那么，不同石墨化方式對(duì)人造石墨負(fù)極材料性能會(huì)有什么樣的影響呢？針對(duì)此問(wèn)題，研究人員分別把坩堝爐、箱體爐以及連續(xù)式石墨化爐對(duì)負(fù)極材料性能影響進(jìn)行對(duì)比研究。
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研究者以油系針狀焦粉為原料，通過(guò)表面改性預(yù)處理，來(lái)制備人造石墨。分別在坩堝爐、箱體爐以及連續(xù)式石墨化爐中對(duì)針狀焦粉進(jìn)行石墨化，取得三種樣品，并記作MCG（坩堝爐樣品）、MCX（箱體爐樣品）、MCL（連續(xù)式石墨化爐樣品）。之后，對(duì)三種樣品分別進(jìn)行石墨化度測(cè)試、比表面積測(cè)試、容量和效率測(cè)試，并從石墨化度、容量、比表面積、石墨化均勻性四個(gè)角度做對(duì)比分析。
1、石墨化度
從石墨化度來(lái)看，通過(guò)比較三種樣品的XRD結(jié)果表明，坩堝爐樣品、箱體爐樣品峰度接近，連續(xù)式石墨化爐樣品強(qiáng)度最低。結(jié)合其他數(shù)據(jù)，可以看出箱體爐物料石墨化度與坩堝爐較為接近，水平相當(dāng)，而連續(xù)式工藝石墨化度略低于以上兩者的水平。
樣品XRD測(cè)試結(jié)果
不同石墨化樣品分析結(jié)果
2、容量
炭材料石墨化后，形成有序的層狀結(jié)構(gòu)，用作負(fù)極材料時(shí)，鋰離子嵌入石墨層間，形成嵌鋰化合LixC6(0≤x≤1），理論容量可達(dá)372mAh/g(x=1)，材料的容量能夠直接反映材料的石墨化度。從容量來(lái)看，材料的測(cè)試結(jié)果反映了與石墨化度一致的行為，石墨化度越高，其容量越大。
3、比表面積
比表面積的改變直接影響電池的加工工藝參數(shù)，是負(fù)極材料重要的測(cè)試指標(biāo)之一。從表面特性來(lái)看，箱體爐試樣比表面積較高，與其出爐溫度較高有關(guān)，連續(xù)石墨化爐物料經(jīng)過(guò)充分的冷卻，保持了較低的比表面積。
4、石墨化均勻性
負(fù)極材料作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一，其一致性要求是材料的重要指標(biāo)。
研究人員在坩堝爐、箱體爐內(nèi)的不同位置取樣，連續(xù)石墨化爐每間隔1.5h取樣1次，對(duì)樣品均勻性進(jìn)行測(cè)試分析。
坩堝爐中，坩堝分為2層，從爐中不同位置取樣，從測(cè)試數(shù)據(jù)看，上層與下層物料整體容量與石墨化度一致性較好，且上、下層中不同位置物料石墨化度基本趨向一致，爐頭與爐尾無(wú)明顯差別，下層物料比表面積較上層略低，與出爐晚、物料溫度低、氧化程度小有關(guān)。
箱體爐中，在爐頭和爐尾取上、中、下層物料，上層物料由于溫度分布的原因，比中下層物料容量、石墨化度低，中、下層物料的一致性較好。與坩堝爐相比，水平相當(dāng)，但物料均勻性略差，未來(lái)需要優(yōu)化裝爐工藝，提升均勻性。
連續(xù)石墨化爐不同時(shí)間取樣結(jié)果表明，在整個(gè)溫度場(chǎng)內(nèi)，材料的容量與石墨化度均接近，一致性較好，但整體上較坩堝爐、箱體爐樣品低，同時(shí)材料的比表面積較小，穩(wěn)定性好。
通過(guò)以上不同角度對(duì)比分析，首先，3種工藝都可以用來(lái)加工人造石墨負(fù)極材料，坩堝爐是目前最穩(wěn)定可靠的石墨化工藝，但是進(jìn)一步改進(jìn)空間有限。其次，箱體石墨化具備裝爐量大、噸耗低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，技術(shù)發(fā)展較快，并且取得了實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。再次，連續(xù)石墨化加工周期短，噸耗低，但加工高石墨化度負(fù)極材料較為困難，需要積極探索其應(yīng)用領(lǐng)域。
參考來(lái)源：
1、喬永民等.石墨化方式對(duì)鋰離子電池人造石墨負(fù)極材料性能的影響
2、王楠.我國(guó)石墨化工藝設(shè)備的現(xiàn)狀及展望
3、呂博等.鋰電池負(fù)極石墨化爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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